Las medidas del primer evento de colisión de estrellas de neutrones detectado por ondas gravitacionales se carga de un plumazo toda una panoplia de teorías de gravedad.
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Tenemos abierta una nueva ventana al Cosmos. No es una exageración grandilocuente, es la pura verdad. El poder medir las ondas gravitacionales (OG) ya está poniendo límites obtenidos experimentalmente a muchos modelos y teorías que teníamos.
La existencia de la materia y energía oscuras ha permitido la proliferación de distintas teorías alternativas a la Relatividad General. Uno de los resultados más importantes, que se repetirá de nuevo cuando LIGO y Virgo comiencen a funcionar de nuevo tras otra actualización, fue el registro de la colisión de dos estrellas de neutrones el pasado agosto. Fue el evento GW170817. Ha sido la noticia del año y, posiblemente, de la década. A diferencia de la colisión de agujeros negros, que no deja contrapartida electromagnética, en este caso sí se pudo registrar la emisión gamma primero y luego las subsiguientes gamas de frecuencias hasta llegar a las ondas de radio.
El estallido corto de rayos gamma registrado por Fermi permitió afirmar que las ondas gravitatorias viajan a la velocidad de la luz (c), pues se registró esta emisión antes incluso (poco menos de dos segundos) que los rayos gamma (se tarda un poco en darse la emisión gamma tras el colapso). Una desviación, aunque pequeña, de c hubiera dado lugar a una gran diferencia al cabo de 130 millones de años. Este resultado tan sencillo ha dado lugar recientemente a un inmenso aluvión de artículos científicos. Los ArXiv de Cornell están que arden.
Muchas teorías alternativas predicen que la velocidad de las OG es inferior a la de la luz, así que el hecho de que no sea así las borra del mapa intelectual de la Física Teórica, aunque algunas llevan un tiempo resistiéndose a morir pese a que tampoco funcionaban para el Sistema Solar.
Pero esta ola de estudios ha permitido cargarse ya las teorías tipo MOND, tipo Einstein-Éter, de Horndeski, Horava, Galileon, TEVES… Según algunos, las peor paradas han sido las teorías gravitatorias alternativas que tratan de explicar los efectos de la energía oscura.
Obviamente no vamos a ver todos esos resultados en detalle, así que nos centraremos en uno de ellos. Para los curiosos se listan algunos enlaces al final de este texto. Una búsqueda en la web de ArXiv produce aún más artículos al respecto.
Como todos ya sabemos, la energía oscura se llama así por similitud en ignorancia que se tiene sobre ella a la materia oscura, pero es de una naturaleza totalmente distinta. Se trata de una energía del vacío que hace que la expansión de Universo se acelere en una especie de “antigravedad”. Da cuenta del 68% del total de masa-energía del Universo, pero desconocemos cuál es su naturaleza. La explicación más sencilla es que se trate de la constante cosmológica.
Miguel Zumalacárregui (UC Berkeley) y Jose María Ezquiaga (Berkeley Center for Cosmological Physics) han publicado un artículo en Physical Review Letters sobre este tema de la energía oscura bajo la óptica de GW170817. Según ellos, supone un avance a la hora de dilucidar la naturaleza de la energía oscura.
El modelo de la constante cosmológica como explicación a esta energía del vacío sobrevive a este test. Básicamente es constante en el espacio y el tiempo, que las OG sean afectadas de la misma manera que la luz por la energía oscura, tal y como sería si la energía oscura es una constante cosmológica, implica que tanto la luz como las OG viajan a la misma velocidad, tal y como se ha comprobado. Según estos investigadores, la explicación más sencilla consistente en una constante cosmológica es la mejor explicación a la energía oscura.
Pero GW170817 descarta muchas alternativas, sobre todo, las cosmologías tipo “quintic Galileon” en 300 de sus múltiples variantes.
Algunas teorías complicadas se salvan por los pelos (de momento) debido al margen de error que todavía se tiene. Una de ellas es la gravedad masiva, que asigna una masa a los gravitones. Si estas hipotéticas partículas tienen una masa muy pequeña, entonces todavía se resisten a desaparecer.
Según Zumalacárregui algunas teorías alternativas simples sobreviven al test, pero perdiendo parte de su simplicidad por el camino. Ezquiaga y unos colaboradores ya publicaron en abril de este año un estudio que exploraba las condiciones teóricas bajo las cuales las OG pueden viajar a distinta velocidad de la luz, por lo que les fue relativamente fácil analizar el resultado de GW170817.
Un implicación interesante de esta nueva ventana observaciones es recolectar OG de distintas fuentes (“sirenas estándar”) y usar esto para medir la tasa de expansión del Universo, lo que permitiría caracterizar mejor la energía oscura. Esto sería similar al uso de supernovas de tipo Ia como candelas estándar para el mismo cometido.
Se pueden usar estas supernovas para medir cómo era la expansión cosmológica hace tiempo y compararla con la actualidad, de hecho fue así cómo se descubrió la energía oscura, pero diversas imprecisiones (como la que produce la presencia de polvo cósmico en el camino) introducen discrepancias que son difíciles de ajustar.
Conseguir más datos al respecto por otra vía, en este caso usando OG, sería de un valor incalculable. Entre otras cosas, quizás nos permitiera saber la constante de Hubble con mejor precisión y sin las discrepancia que tenemos ahora. El valor de esta constante que se obtiene del fondo cósmico de radiación de ligeramente distinto del obtenido por la supernovas de tipo Ia. Zumalacárregui cree que el uso de sirenas estándar basadas en OG podría ayudar en este sentido. “Estoy realmente excitado por los años venideros. Al menos algunos de estos modelos de energía oscura no estándars podrían explicar la discrepancia en la constante de Hubble”, dice Zumalacárregui.
“Quizás hemos subestimado algunos eventos o no se tiene en cuenta algo, por lo que necesitamos revisar la cosmología estándar del Universo. Si este estándar se mantiene, necesitaremos ideas teóricas radicalmente nuevas que son difíciles de verificar experimentalmente, como la de universos múltiples. Sin embargo, si el estándar falla, tendremos vías experimentales contra las que comprobar la ideas”, añade.
Además, nuevos instrumentos y campañas pronto intentarán medir mejor la energía oscura, como el que en 2019 estudiará lentes gravitatorias.
La aventura no hecho más que comenzar.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Copia en ArXiV. [3]
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Ilustración: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet.