Las ondas gravitacionales nos permitirán detectar nuevos campos fundamentales y posiblemente anomalías gravitacionales en los agujeros negros, dos procesos que no se contemplan en la relatividad general ni en el modelo estándar de la física de partículas.
Un grupo internacional de científicos ha publicado un artículo en la revista Nature Astronomy anticipando que el detector de ondas gravitacionales LISA, que será lanzado por la ESA en 2037, podría revelar los últimos secretos del universo.
LISA (Laser Interferometer Space Antenna), dedicada a la detección de ondas gravitacionales por fuentes astrofísicas, operará en una constelación de tres satélites que orbitarán el Sol a millones de kilómetros de distancia.
LISA observará ondas gravitacionales emitidas a bajas frecuencias, en una banda no accesible a los interferómetros terrestres debido al ruido ambiental.
El espectro visible de LISA permitirá estudiar nuevas familias de fuentes astrofísicas, distintas a las observadas por la red de ondas gravitacionales Virgo-LIGO, lo que permitirá abrir una nueva ventana sobre la evolución de los objetos celestes en una amplia variedad de entornos en nuestro Universo.
precisión sin precedentes
Los autores de este artículo señalan que la antena espacial del interferómetro láser de LISA detectará ondas gravitacionales (GW) con una precisión sin precedentes, lo que también le permitirá detectar nuevos campos fundamentales.
Actualmente, se han postulado nuevos campos fundamentales en una variedad de escenarios, como explicaciones de la materia oscura, como origen de la expansión acelerada del Universo, o como manifestaciones de una descripción coherente y completa de la gravedad y las partículas elementales.
Sin embargo, hasta ahora, las observaciones de objetos astrofísicos con campos gravitatorios débiles y una pequeña curvatura del espacio-tiempo no han proporcionado evidencia de nuevos campos fundamentales.
Los autores de esta investigación creen a este respecto que hay razones para esperar que las desviaciones de la relatividad general, o las interacciones entre la gravedad y los nuevos campos, sean más notorias en las curvaturas mayores de los espacios-tiempos típicos de los agujeros negros.
Nueva ventana
Por ello, la detección de ondas gravitacionales en las proximidades de dos agujeros negros en interacción representa una oportunidad única para detectar estos nuevos campos fundamentales, señalan los investigadores en su artículo.
También explican que LISA tiene entre sus objetivos el estudio de agujeros negros que orbitan alrededor de agujeros negros supermasivos, formando un sistema particular llamado EMRI.
En este sistema, el agujero negro más ligero gira en espiral hacia el agujero negro supermasivo, pero tarda mucho en colisionar debido a la emisión de ondas gravitacionales.
Este periodo permite estudiar el campo gravitatorio del sistema EMRI utilizando estas ondas gravitatorias con las tecnologías incorporadas en LISA.
nueva evidencia
Esto significa, como se explica en un comunicado, que LISA puede proporcionar suficiente evidencia para probar el fuerte régimen de campo de gravedad característico de los agujeros negros.
Añaden en este sentido que LISA será capaz de detectar hasta las más mínimas desviaciones de las predicciones sobre estos procesos, recogidas tanto en la teoría de la relatividad general de Einstein como en el modelo estándar de la física de partículas.
Los autores han realizado por primera vez una estimación rigurosa de la capacidad de LISA para medir la fuerza del campo gravitatorio que se desarrolla en un sistema EMRI de agujeros negros.
Y apuntan que esta capacidad de medida permitirá a LISA trascender los parámetros teóricos que marcan desviaciones de la Relatividad General o del Modelo Estándar.
áreas centrales?
De esta manera, concluyen los investigadores, LISA podrá determinar si la relatividad general es una teoría correcta de la gravitación, así como si la gravedad puede usarse para detectar nuevos campos fundamentales.
Es por eso que los investigadores creen que el futuro detector de ondas gravitacionales en el espacio podría revelar los últimos secretos del universo.
Los autores de esta prospectiva pertenecen a la Universidad La Sapienza de Roma; en el Instituto Científico Gran Sasso (GSSI), Italia; en el Instituto de Física Nuclear de Italia; y el centro de gravedad en la Universidad de Nottingham, Reino Unido.
Referencia
Detección de campos fundamentales con observaciones LISA de ondas gravitacionales de espirales de relación de masa extrema. Andrea Maselli et al. Astronomía Natural (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-021-01589-5
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