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Solo cuatro dimensiones en el universo, si crees en ondas gravitacionales

Solo cuatro dimensiones en el universo, si crees en ondas gravitacionales

El super choque de dos estrellas de neutrones a 130 millones de años luz de distancia proporcionó buenas pistas para estudiar el número de dimensiones de nuestro universo. Michael Stevenson / UIG / Getty Images

Muchas teorías físicas predicen más dimensiones que las cuatro que conocemos y amamos (tres dimensiones del espacio, una del tiempo). Tener estas dimensiones adicionales sería útil para explicar algunos de los misterios más desconcertantes del universo. Por ejemplo, algunas teorías que explican la materia oscura y la energía oscura tienen sus raíces en la idea de que existen muchas otras dimensiones “extra” además de las que experimentamos todos los días; son simplemente extremadamente pequeños y muy difíciles de observar.

El año pasado, sin embargo, el universo nos dio uno sólido. A ciento treinta millones de años luz de distancia, dos estrellas de neutrones chocaron y fusionaron, provocando que el cosmos explotara con un tsunami de ondas gravitacionales que fueron detectadas por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) en los Estados Unidos y el Observatorio Virgin en Italia el 17 de agosto de 2017. Además, el evento explotó con una kilonova, creando una explosión de rayos gamma muy brillante, dejando elementos pesados, como el oro, a su paso. Los detectores en los Estados Unidos e Italia registraron ondas en el espacio-tiempo, mientras que el Observatorio Espacial Swift de la NASA (y otros) detectaron radiación electromagnética.

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Los astrofísicos han tenido éxito De Verdad emocionado con este evento. Por primera vez en la historia, observaron ondas electromagnéticas y ondas gravitacionales del mismo evento: pueden comparar estas dos señales para hacer nuevos descubrimientos sobre nuestro universo. Este descubrimiento, que llevó al Premio Nobel de Física para los científicos de LIGO, marcó el comienzo de una nueva era de “astronomía multiportadora” (ver Detectores de ondas gravitacionales: descubrimiento de estrellas de neutrones en colisión y descubrimiento de una mina. Oro científico).

Ahora, los investigadores han utilizado este evento histórico para sondear los estratos más allá de las cuatro dimensiones del espacio-tiempo para revelar que nuestro universo puede ser mucho más simple de lo que predicen algunas teorías de la física.

Volvamos a los misterios de la materia oscura y la energía oscura de los que estamos hablando. Se cree que la gran mayoría de la materia del universo está incrustada en cosas que no podemos ver. Sin embargo, podemos sentir sus efectos gravitacionales, por lo que sabemos que está allí, sea lo que sea “que sea”. La energía oscura es aún más confusa. Como la materia oscura, la energía oscura es “oscura” porque realmente no sabemos qué es. Pero sabemos que está ahí y los cosmólogos creen que es responsable de la expansión acelerada del universo.

Se han propuesto muchas teorías tanto para la materia oscura como para la energía oscura, algunas de las cuales requieren dimensiones adicionales además de las cuatro que conocemos. Curiosamente, las ondas gravitacionales se han explorado como un posible mecanismo que se puede utilizar para sondear este dominio extradimensional desconocido.

En pocas palabras, a medida que las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz a través del espacio-tiempo, los científicos creen que parte de la energía de las ondas gravitacionales se “filtra” a dimensiones adicionales, si existen tales dimensiones adicionales. Por lo tanto, cuando las detecte un observatorio de ondas gravitacionales, las ondas tendrían una amplitud menor de la esperada. La radiación electromagnética normal (es decir, la luz de un estallido de rayos gamma) no interactúa con estas dimensiones adicionales y permanecerá sin cambios. Al medir la señal de la onda gravitacional de la colisión de estrellas de neutrones del año pasado y compararla con la señal electromagnética, las dos deberían, en principio, mostrar una desviación si existen estas dimensiones adicionales.

Desafortunadamente, según esta investigación, no hubo diferencia, lo que indica que la luz y las ondas gravitacionales viajaban solo en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones, tal como lo predijo Einstein con su teoría de la relatividad general, la misma teoría que la mayoría predijo la existencia de ondas gravitacionales. . Hace un siglo.

Esto no significa necesariamente que las dimensiones adicionales no existan; puede simplemente significar que nuestras teorías de cómo la gravedad interactúa con estas dimensiones deben cambiarse o que solo necesitamos medir más eventos de múltiples mensajeros, pero más tarde, solo tres años. Después del descubrimiento, las ondas gravitacionales ya están cumpliendo su promesa de desafiar algunas de las principales teorías cosmológicas.

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