Astronomía: cómo encontrar las piezas que faltan para la comprensión del universo

Científicos creen que puede haber una forma de utilizar las ondas gravitacionales en el espacio-tiempo para encontrar piezas que faltan en la comprensión del universo.

Se pospusieron todo tipo de teorías sobre cuáles podrían ser esos elementos aún no identificados. "Muchas de estas se basan en cambiar la forma en que funciona la gravedad a gran escala", dijo en un comunicado el coautor del nuevo estudio, José María Ezquiaga, becario postdoctoral Einstein de la NASA en el Instituto Kavli de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago.

"Así que las ondas gravitacionales son el mensajero perfecto para ver estas posibles modificaciones de la gravedad, si es que existen", expuso Ezquiaga, que publicó su investigación en Physical Review D.

Las ondas gravitacionales son ondas en el tejido del propio espacio-tiempo; Desde 2015, la humanidad pudo captar estas ondas utilizando los observatorios LIGO. Siempre que dos objetos enormemente pesados chocan en otra parte del universo, crean una onda que viaja a través del espacio, llevando la firma de lo que sea que lo haya hecho, tal vez dos agujeros negros o dos estrellas de neutrones que chocan.

En el artículo, Ezquiaga y el coautor Miguel Zumalácarregui argumentan que si tales ondas golpean un agujero negro supermasivo o un cúmulo de galaxias en su camino a la Tierra, la firma de la onda cambiaría. Si hubiera una diferencia en la gravedad en comparación con la teoría de Einstein, la evidencia estaría incrustada en esa firma.

Por ejemplo, una teoría para la pieza faltante del universo es la existencia de una partícula extra. Tal partícula generaría, entre otros efectos, una especie de fondo o "medio" alrededor de objetos grandes. Si una onda gravitacional viajera golpeara un agujero negro supermasivo, generaría ondas que se mezclarían con la propia onda gravitacional. Dependiendo de lo que encontrase, la firma de la onda gravitacional podría llevar un "eco" o mostrarse codificada.

"Esta es una nueva forma de sondear escenarios que antes no se podían probar", dijo Ezquiaga. Su artículo establece las condiciones para encontrar tales efectos en datos futuros. La próxima ejecución de LIGO está programada para comenzar en 2022, con una actualización para hacer que los detectores sean aún más sensibles de lo que ya son.

"En nuestra última ejecución de observación con LIGO, vimos una nueva lectura de ondas gravitacionales cada seis días, lo cual es asombroso. Pero en todo el universo, creemos que en realidad están sucediendo una vez cada cinco minutos", dijo Ezquiaga. "En la próxima actualización, podríamos ver muchos de esos, cientos de eventos por año", agregó.

El aumento de los números, dijo, hace que sea más probable que una o más ondas hayan viajado a través de un objeto masivo, y que los científicos puedan analizarlos en busca de pistas sobre los componentes que faltan.

Zumalácarregui, el otro autor del artículo, es científico del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Alemania, así como del Centro de Física Cosmológica de Berkeley en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y la Universidad de California, Berkeley.