energía oscura
Se necesita una enorme cantidad de misteriosa energía oscura para explicar fenómenos cosmológicos, como la expansión acelerada del Universo, utilizando la teoría de Einstein. Pero, ¿y si la energía oscura fuera solo una ilusión y la propia relatividad general tuviera que modificarse?
Un nuevo estudio de SISSA, publicado en Physical Review Letters, ofrece un nuevo enfoque para responder a esta pregunta. Gracias a un gran esfuerzo computacional y matemático, los científicos produjeron la primera simulación de la fusión de estrellas de neutrones binarias en teorías más allá de la relatividad general que reproducen un comportamiento similar al de la energía oscura en escalas cosmológicas. Esto permite la comparación de la teoría de Einstein y sus versiones modificadas y, con datos suficientemente precisos, puede resolver el misterio de la energía oscura.
Desde hace unos 100 años, la relatividad general ha tenido mucho éxito en la descripción de la gravedad en una variedad de regímenes, superando todas las pruebas experimentales en la Tierra y el sistema solar. Sin embargo, para explicar observaciones cosmológicas como la expansión acelerada observada del Universo, necesitamos introducir componentes oscuros, como la materia oscura y la energía oscura , que aún siguen siendo un misterio.
La existencia de energía oscura podría ser solo una ilusión y la expansión acelerada del Universo podría ser causada por algunas modificaciones aún desconocidas de la relatividad general, una especie de 'gravedad oscura'.
La fusión de estrellas de neutrones ofrece una situación única para probar esta hipótesis porque la gravedad a su alrededor es llevada al extremo. Las estrellas de neutrones son las estrellas más densas que existen, típicamente de solo 10 kilómetros de radio, pero con una masa entre una o dos veces la masa de nuestro Sol. Esto hace que la gravedad y el espacio-tiempo a su alrededor sean extremos, lo que permite una producción abundante de ondas gravitacionales cuando dos de ellos chocan. Los datos adquiridos durante tales eventos pueden ser utilizados para estudiar el funcionamiento de la gravedad y probar la teoría de Einstein con un nuevo enfoque.
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| Fusión simulada de un binario de estrellas de neutrones. Fuente: Miguel Bezares—Grupo GRAMS SISSA |
En este estudio, publicado en Physical Review Letters, científicos de SISSA, en colaboración con físicos de la Universitat de les Illes Balears de Palma de Mallorca, produjeron la primera simulación de fusión de estrellas de neutrones binarias en teorías de gravedad modificada relevantes para la cosmología.
Gracias a estas simulaciones, los investigadores finalmente pueden comparar la relatividad general y la gravedad modificada. Al parecer, la hipótesis de la 'gravedad oscura' es tan buena como la relatividad general para explicar los datos adquiridos por los interferómetros LIGO y Virgo durante colisiones pasadas de estrellas de neutrones binarias.
De hecho, las diferencias entre las dos teorías en estos sistemas son bastante sutiles, pero pueden ser detectables por interferómetros gravitacionales de próxima generación, como el telescopio Einstein en Europa y el Cosmic Explorer en EE.UU. Esto abre la posibilidad de usar ondas gravitacionales para discriminar entre energía oscura.
Más información: Miguel Bezares et al, No Evidence of Kinetic Screening in Simulations of Merging Binary Neutron Stars beyond General Relativity, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.091103
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