Las ondas gravitacionales nos permitirán detectar nuevos campos fundamentales y tal vez anomalías gravitatorias en los agujeros negros, dos procesos que no están contemplados 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 descubrir los últimos secretos del universo.
LISA (Laser Interferometer Space Antenna), dedicado a la detección de ondas gravitacionales por fuentes astrofísicas, operará en una constelación de tres satélites que orbitarán alrededor del Sol a millones de kilómetros de distancia entre sí.
LISA observará ondas gravitacionales emitidas a baja frecuencia, dentro de una banda no disponible para 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 gravitaciones Virgo-LIGO, lo que le permitirá abrir una nueva ventana sobre la evolución de objetos celestes en una gran variedad de entornos de nuestro Universo.
Precisión inédita
Los autores de este artículo señalan que la antena espacial de interferómetro láser de LISA detectará ondas gravitacionales (GW) con una precisión sin precedentes, lo que le permitirá detectar también nuevos campos fundamentales.
En la actualidad, 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 consistente y completa de la gravedad y de 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 piensan al 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 curvaturas grandes del espacio-tiempo propias de los agujeros negros.
Nueva ventana
Por este motivo, la detección de ondas gravitacionales en el entorno de dos agujeros negros en interacción, representa una oportunidad única para detectar estos campos fundamentales nuevos, señalan los investigadores en su artículo.
Explican asimismo que LISA tiene entre sus objetivos el estudio de agujeros negros que orbitan 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.
Ese lapso permite estudiar el campo gravitatorio del sistema EMRI utilizando esas ondas gravitacionales con las tecnologías incorporadas a LISA.
Nuevas evidencias
Eso significa, según se explica en un comunicado, que LISA puede proporcionar suficientes evidencias para probar el régimen de campo fuerte de la gravedad característico de los agujeros negros.
Añaden al respecto que LISA podrá detectar incluso las desviaciones más pequeñas 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 intensidad del campo gravitatorio que se desenvuelve en un sistema EMRI de agujeros negros.
Y destacan que esta capacidad de medición permitirá a LISA trascender los parámetros teóricos que marcan las desviaciones de la Relatividad General o del Modelo Estándar.
¿Campos fundamentales?
De esta forma, concluyen los investigadores, LISA podrá determinar si la Relatividad General es una teoría correcta de la gravitación, así como si se puede utilizar la gravedad para detectar nuevos campos fundamentales.
Por eso los investigadores consideran que el futuro detector de ondas gravitacionales en el espacio podría descubrir los secretos últimos del universo.
Los autores de esta prospectiva pertenecen a la Universidad Sapienza de Roma; al Gran Sasso Science Institute (GSSI), en Italia; al Instituto de Física Nuclear de Italia; y al Centro de Gravedad de la Universidad de Nottingham, en el Reino Unido.
Referencia
Detecting fundamental fields with LISA observations of gravitational waves from extreme mass-ratio inspirals. Andrea Maselli et al. Nature Astronomy (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-021-01589-5
