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Ondas gravitacionales en el tejido del universo podrían revelar el comienzo del tiempo

Científicos han avanzado en el descubrimiento de cómo usar ondas en el espacio-tiempo —conocidas como ondas gravitacionales— para mirar hacia atrás hasta el comienzo de todo lo conocido.

Crédito: MysteryPlanet.com.ar.

Los investigadores dicen que pueden comprender mejor el estado del cosmos poco después del Big Bang al aprender cómo estas ondas en el tejido del universo fluyen a través de los planetas y el gas entre las galaxias.

«No podemos ver el universo primitivo directamente, pero tal vez podamos verlo indirectamente si observamos cómo las ondas gravitacionales de esa época afectaron la materia y la radiación que podemos observar hoy», dijo Deepen Garg, autor principal de un artículo que informa los resultados en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Garg es un estudiante graduado en el Programa de Princeton en Física de Plasma, que tiene su sede en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE). Junto con su asesor Ilya Dodin, afiliado tanto a la Universidad de Princeton como al PPPL, adaptaron esta técnica de su investigación sobre la energía de fusión, el proceso que alimenta al sol y las estrellas que los científicos están desarrollando para crear electricidad en la Tierra sin emitir gases de efecto invernadero ni producir residuos radiactivos de larga vida.

Los científicos de fusión calculan cómo se mueven las ondas electromagnéticas a través del plasma, la sopa de electrones y núcleos atómicos que alimenta las instalaciones de fusión conocidas como tokamaks y stellarators. Y resulta que este proceso se asemeja al movimiento de ondas gravitacionales a través de la materia.

«Básicamente, pusimos la maquinaria de ondas de plasma a trabajar en un problema de ondas gravitacionales», dijo Garg.

Simulación numérica de las estrellas de neutrones fusionándose para formar un agujero negro, con sus discos de acreción interactuando para producir ondas electromagnéticas. Crédito: L. Rezolla (AEI) & M. Koppitz (AEI & Zuse-Institut Berlin).

Las ondas gravitacionales, predichas por primera vez por Albert Einstein en 1916 como consecuencia de su teoría de la relatividad, son perturbaciones en el espacio-tiempo provocadas por el movimiento de objetos muy densos. Viajan a la velocidad de la luz y fueron detectadas por primera vez en 2015 por el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) a través de detectores en el estado de Washington y Luisiana.

Garg y Dodin crearon fórmulas que, teóricamente, podrían conducir a las ondas gravitacionales a revelar propiedades ocultas sobre los cuerpos celestes, como las estrellas que se encuentran a muchos años luz de distancia. A medida que las ondas fluyen a través de la materia, crean luz cuyas características dependen de la densidad de la materia.

Un físico podría analizar esa luz y descubrir propiedades sobre una estrella a millones de años luz de distancia. Esta técnica también podría conducir a descubrimientos sobre la colisión de estrellas de neutrones y agujeros negros. Incluso podrían potencialmente revelar información sobre lo que estaba sucediendo durante el Big Bang y los primeros momentos de nuestro universo.

La investigación comenzó sin ningún sentido de cuán importante podría llegar a ser. «Pensé que este sería un proyecto pequeño de seis meses para un estudiante de posgrado que implicaría resolver algo simple», admitió Dodin. «Pero una vez que comenzamos a profundizar en el tema, nos dimos cuenta de que se entendía muy poco sobre el problema y que podíamos hacer un trabajo teórico muy básico aquí».

Los científicos ahora planean usar la técnica para analizar datos en un futuro cercano.

Fuente: PPPL. Edición: MP.

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