En 2019, una conferencia celebrada en el Instituto Kavli de Física Teórica en California concluyó con una declaración tensa: «No lo llamaríamos una tensión o un problema, sino una crisis».
David Gross, físico de partículas y ex director del KITP, hablaba sobre la velocidad a la que se expande nuestro universo. Pero Gross no estaba preocupado por la expansión en sí. Ya sabemos desde hace décadas que el cosmos se está desintegrando exponencialmente, porque los cuerpos celestes que rodean nuestro planeta se alejan continuamente de nosotros y unos de otros.
No, Gross estaba preocupado por las matemáticas.
Para determinar exactamente qué tan rápido está ocurriendo este cambio cósmico, los científicos deben calcular un valor importante llamado constante de Hubble; sin embargo, incluso hoy, nadie puede ponerse de acuerdo sobre la respuesta.
Así, la comunidad astronómica estaba impregnada de una “crisis”, pero era un dilema que acunaba la innovación. Desde esa tensa conferencia, los expertos de todo el mundo han ajustado drásticamente la forma en que ven sus ecuaciones constantes de Hubble como un intento de restaurar la paz entre los observadores de estrellas.
Y el lunes, uno de esos equipos presentó una idea muy innovadora para resolver la disputa, como se describe en un artículo publicado el 3 de agosto en la revista Physical Review Letters.
Básicamente, los astrónomos de la Universidad de Chicago creen que cuando los agujeros negros que acechan en el espacio profundo chocan entre sí, lo que sucede a veces, los leviatanes gravitacionales reverberan ondas en el tejido del espacio y el tiempo que podrían dejar rastros de información crucial para decodificar la constante de Hubble. .
Al final, si los científicos pueden descubrir la verdadera constante de Hubble, también pueden derivar respuestas a algunas preguntas realmente importantes sobre nuestro universo como: ¿Cómo ¿Evolucionó al impresionante reino que vemos hoy? ¿De qué está hecho físicamente? ¿Cómo podría verse dentro de miles de millones de años, mucho después de que la humanidad deje de existir y, por lo tanto, no pueda echarle un ojo?
Leyendo entre las líneas del espacio-tiempo
De vez en cuando, dos enormes agujeros negros chocan. Esto significa que un par de los objetos más incomprensiblemente masivos del universo se combinan en un objeto aún más incomprensiblemente masivo.
Cuando esto sucede, la fusión envía ondas a través del tejido del espacio y el tiempo, tal como lo acuñó la relatividad general de Albert Einstein, al igual que dejar caer una piedra en un estanque enviaría ondas a través del agua.
Animación de ondas gravitacionales producidas por una órbita binaria rápida.
NASA
Solo cuatro años antes de que Gross y sus colegas físicos organizaran su estresante debate sobre el enigma de la constante de Hubble, dos poderosos observatorios lograron capturar esas ondas inducidas por agujeros negros desde aquí en la Tierra. Se llaman el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser de EE. UU. y el observatorio italiano Virgo.
En los últimos años, tanto LIGO como Virgo han detectado las ondas de casi 100 pares de colisiones de agujeros negros, y esas lecturas podrían ayudarnos a calcular la velocidad a la que se expande el universo, según Daniel Holz, astrofísico de la Universidad de Chicago y coautor del nuevo estudio. Podrían arrojar luz sobre la constante de Hubble.
«Si tomas un agujero negro y lo colocas antes en el universo», dijo Holz en un comunicado de prensa, «la señal cambiaría y se vería como un agujero negro más grande de lo que realmente es».
Lo que esto significa es que si la colisión de un agujero negro ocurriera muy lejos en el espacio, y la señal hubiera estado viajando durante mucho (mucho) tiempo, las ondas gravitatorias que emanan del evento se habrían visto afectadas por la expansión del universo desde entonces. el incidente. Si vuelve a pensar en las ondas del estanque, por ejemplo, dejar caer una piedra en un estanque generalmente crea ondas más correctas justo en el punto de contacto. Pero si sigues observando cómo esas ondas se extienden hacia afuera, se vuelven más anchas y contundentes.
Por lo tanto, si podemos medir de alguna manera los cambios en las ondas de colisión de agujeros negros, tal vez podamos entender la velocidad a la que ocurren algunos de esos cambios. Eso nos ayudaría a comprender la velocidad a la que la expansión del universo podría haberlos afectado y, finalmente, la velocidad a la que el universo se expande legítimamente.
«Así que medimos las masas de los agujeros negros cercanos y entendemos sus características, y luego miramos más lejos y vemos cuánto parecen haberse desplazado esos más lejanos», dijo Jose María Ezquiaga, becario postdoctoral Einstein de la NASA, Instituto Kavli de Física Cosmológica. Miembro y coautor del nuevo estudio, dijo en el comunicado. «Esto te da una medida de la expansión del universo».
¿Hay trampa?
Pero hay una pequeña advertencia: esta técnica, que los investigadores llaman el método de «sirena estándar», no se puede implementar en este momento. En verdad, LIGO y Virgo van a tener que esforzarse mucho y ponerse a trabajar para que podamos imaginar un futuro en el que se convierta en algo común.
«Necesitamos preferiblemente miles de estas señales, que deberíamos tener en unos pocos años, y aún más en la próxima década o dos», dijo Holz. «En ese momento, sería un método increíblemente poderoso para aprender sobre el universo».
Aunque un aspecto bastante prometedor del método de sirena estándar es que se basa en la teoría de la relatividad general de Einstein: reglas probadas que muchos consideran inquebrantables y, por lo tanto, increíblemente confiables.
Desde la izquierda, una ilustración de las cantidades relativas que la luna podría deformar el espacio-tiempo, luego la Tierra, el sol y un agujero negro hasta el final a la derecha.
Zooey Liao/CNET
Por el contrario, la mayoría de los otros científicos que abordan la crisis constante de Hubble se basan en estrellas y galaxias, dijeron los investigadores, lo que implica una gran cantidad de astrofísica compleja e introduce una posibilidad honesta de error. Pero, cabe destacar que ha habido algunos otros expertos que se concentran en las ondas gravitacionales como medidas de la constante de Hubble.
En 2019, por ejemplo, un equipo separado de astrónomos observó las ondas en el espacio y el tiempo derivadas de una fusión de estrellas de neutrones, que LIGO y Virgo detectaron en 2017. Intentaban comprender qué tan brillante era la colisión cuando ocurrió por invertir el cálculo de las ondas gravitacionales y eventualmente llegar a una estimación constante de Hubble. Y en el mismo año, otro equipo sugirió que solo necesitamos alrededor de 25 lecturas de colisión de estrellas de neutrones para precisar la constante con una precisión del 3%.