¿Pueden las ondas gravitacionales resolver la crisis de la cosmología?

El siglo XX le dio al mundo una gran cantidad dedescubrimientos: en 1916, un físico de fama mundial llamado Albert Einstein publicó la teoría general de la relatividad (GR); luego, en 1927, el astrónomo Edwin Hubble descubrió que las galaxias se alejaban de la Tierra (y entre ellas) a un ritmo cada vez mayor; En las décadas siguientes, mentes tan destacadas como Niels Bohr, Max Planck, Louis de Broglie, Werner Heisenberg y otros trabajaron en la creación de la teoría cuántica. Hoy en día, su trabajo está en el corazón de nuestro conocimiento del universo: sabemos que nació hace 13.800 millones de años y desde entonces se ha expandido con aceleración. Esa es solo la razón por la que el universo se hace cada vez más grande sigue siendo un misterio y los científicos no pueden ponerse de acuerdo sobre por qué. Esto se debe en gran parte a las diferentes formas de medir la constante de Hubble (un parámetro fundamental que describe la expansión del Universo), que muestran diferentes resultados. Pero recientemente, los científicos han propuesto una nueva forma que podría potencialmente resolver la crisis de la cosmología. Hablaremos de ello en este artículo.

Un equipo de científicos ha propuesto una nueva forma de resolver la crisis de la cosmología: utilizando ondas gravitacionales.

Agujeros negros y ondas gravitacionales

En el invierno de 2016, los científicos anunciaron el descubrimiento.Ondas gravitacionales: ondas en el espacio-tiempo causadas por la colisión de agujeros negros masivos. Su existencia fue predicha por primera vez por las teorías de la relatividad de Einstein en 1916, y en 2017 recibió el Premio Nobel de Física. De hecho, las ondas gravitacionales representan una deformación viajera de vacío absoluto: son cambios en el campo gravitacional que se propagan como ondas. Cuando una onda gravitacional pasa entre dos cuerpos, la distancia entre ellos cambia.

El descubrimiento de ondas gravitacionales también confirmala existencia de agujeros negros, objetos masivos, cuya atracción gravitacional es tan grande que ni siquiera los cuantos de luz pueden abandonarlos. El límite que separa el agujero negro del resto del cosmos se llama horizonte de eventos. Los científicos lograron fotografiarlo en 2019, lea más sobre este descubrimiento en el material de mi colega Ilya Khel.

La colisión de dos agujeros negros es la causa de la aparición de ondas gravitacionales (en opinión del artista).

Como la detección de olas confirma negritahipótesis sobre cómo funciona nuestro Universo, muchos científicos llamaron su descubrimiento el comienzo de una nueva era de la astronomía. Ahora los científicos creen que con su ayuda es posible resolver la crisis de la cosmología moderna.

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Un nuevo enfoque para medir la constante de Hubble

En 1929, dos años después de sudescubrimiento, Edwin Hubble calculó la velocidad a la que nuestro universo se está expandiendo: la constante de Hubble. Solo en los años siguientes, cada nuevo método de medición mostró resultados nuevos e inconsistentes. Es interesante que hoy en día hay dos formas principales de medirlo, con la única diferencia de que un conjunto de métodos considera objetos relativamente cercanos en el Universo y el otro, los muy distantes. Pero no importa qué método utilicen los científicos, los resultados son diferentes.

El desajuste de la constante de Hubble provocócrisis de la cosmología moderna y formó la base de disputas entre científicos: o están haciendo algo mal, o en algún lugar de la inmensidad del Universo, algo desconocido está sucediendo.

Recientemente, un equipo de investigadores de la UniversidadPensilvania propuso usar ondas gravitacionales para resolver la constante de Hubble. El hecho es que cuando los objetos masivos, como los agujeros negros o las estrellas de neutrones (que no se pueden ver con telescopios ópticos), chocan entre sí, estos deformar el tejido del espacio-tiempocreando ondas gravitacionales.

Desde 2015, el láser estadounidenseel observatorio interferométrico de ondas gravitacionales (LIGO) y su homólogo europeo Virgo están escuchando el espacio en busca de "accidentes" similares que suenen como campanas en sus detectores.

"Las ondas gravitacionales pueden darle una idea diferente de la constante de Hubble", dijo a WordsSideKick.com Ssohrab Borkhanyan, físico de la Universidad de Pensilvania.

Dependiendo de la distancia desde la colisión terrestreLos agujeros negros sonarán más fuerte o más silencioso para LIGO, lo que permitirá a los científicos calcular qué tan lejos están estos objetos. En algunos casos, la colisión de monstruos espaciales también resulta en un destello de luz que los astrónomos pueden captar con telescopios.

Hasta ahora, los investigadores solo han observado unatal evento con ondas gravitacionales y otro con señales de luz: un par de estrellas de neutrones que los astrónomos observaron en 2017. Con base en los datos obtenidos, los físicos calcularon el valor de la constante de Hubble. Estudios anteriores han demostrado que los cosmólogos necesitarían observar alrededor de 50 eventos de este tipo para obtener un cálculo más preciso de la constante de Hubble.

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Pero estos accidentes espaciales no ocurren con tanta frecuencia.y, además, no están asociados a destellos de luz, que contienen la información más importante sobre la velocidad. Estos eventos, invisibles a excepción de las ondas gravitacionales, son las señales más comunes recibidas por LIGO y otros dispositivos de ondas gravitacionales.

Salida de la crisis

Durante los próximos cinco años, los detectores LIGOSe espera que reciba actualizaciones que les permitan desempacar mucho más detalle de las señales de ondas gravitacionales y capturar muchos más eventos, incluidas más colisiones de agujeros negros. Las instalaciones estadounidenses y europeas se han unido recientemente al Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) en Japón, y el detector indio llegará a la red alrededor de 2024.

Ondulaciones en el espacio-tiempo causadas por la colisión de objetos masivos.

Según los autores del nuevo estudio,publicado en el Boletín de la Sociedad Estadounidense de Física, los detectores en el futuro podrán determinar en qué parte del espacio se ha producido una colisión 400 veces mejor que en la actualidad. Con esta información, los astrónomos esperan identificar la ubicación exacta de la galaxia donde ocurrió la colisión y luego determinar qué tan rápido esa galaxia se aleja de la Tierra. Tampoco será necesario buscar el destello de luz apropiado.

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En su trabajo, los científicos han demostrado que las colisionesentre objetos masivos será especialmente rico en información, produciendo datos que se pueden utilizar para calcular la constante de Hubble con alta precisión. Los resultados también sugieren que en el futuro los detectores gravitacionales captarán mejor y con mayor precisión las señales entrantes. Aún así, no debe descartarse la posibilidad de que otras dimensiones ayuden a resolver antes la crisis constante del Hubble.