Es un momento apasionante para los campos de la astronomía, la astrofísica y la cosmología. Gracias a observatorios, instrumentos y nuevas técnicas de vanguardia, los científicos están cada vez más cerca de verificar experimentalmente teorías que en gran medida siguen sin ser probadas.
Estas teorías abordan algunas de las preguntas más apremiantes que tienen los científicos sobre el Universo y las leyes físicas que lo gobiernan, como la naturaleza de la gravedad, la Materia Oscura y la Energía Oscura. Durante décadas, los científicos han postulado que hay física adicional en juego o que nuestro modelo cosmológico predominante necesita ser revisado.
Si bien la investigación sobre la existencia y naturaleza de la Materia Oscura y la Energía Oscura continúa, también hay intentos de resolver estos misterios con la posible existencia de nueva física.
En un artículo reciente, un equipo de investigadores de la NASA propuso cómo las naves espaciales podrían buscar evidencia de física adicional dentro de nuestro Sistema Solar. Esta búsqueda, sostienen, sería ayudada por la nave espacial que volaría en formación tetraédrica y utilizaría interferómetros. Una misión de este tipo podría ayudar a resolver un misterio cosmológico que ha eludido a los científicos durante más de medio siglo.
La propuesta es obra de Slava G. Turyshev, profesor adjunto de física y astronomía en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) y científico investigador del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.
A él se unieron Sheng-wey Chiow, físico experimental del JPL de la NASA, y Nan Yu, profesor adjunto de la Universidad de Carolina del Sur y científico investigador senior del JPL de la NASA. Su artículo de investigación apareció recientemente en línea y ha sido aceptado para su publicación en Revisión física D.
La experiencia de Turyshev incluye ser miembro del equipo científico de la misión del Laboratorio Interior y de Recuperación de Gravedad (GRAIL). En trabajos anteriores, Turyshev y sus colegas investigaron cómo una misión a la lente gravitacional solar (SGL) del Sol podría revolucionar la astronomía.
El documento conceptual recibió una subvención de Fase III en 2020 por parte del programa Conceptos Avanzados Innovadores (NIAC) de la NASA. En un estudio anterior, él y el astrónomo de SETI Claudio Maccone también consideraron cómo las civilizaciones avanzadas podrían utilizar los SGL para transmitir energía de un sistema solar al siguiente.
En resumen, las lentes gravitacionales son un fenómeno en el que los campos gravitacionales alteran la curvatura del espacio-tiempo en su vecindad. Este efecto fue predicho originalmente por Einstein en 1916 y fue utilizado por Arthur Eddington en 1919 para confirmar su Relatividad General (GR).
Sin embargo, entre los años 1960 y 1990, las observaciones de las curvas de rotación de las galaxias y la expansión del Universo dieron lugar a nuevas teorías sobre la naturaleza de la gravedad en escalas cósmicas mayores. Por un lado, los científicos postularon la existencia de Materia Oscura y Energía Oscura para conciliar sus observaciones con la RG.
Por otro lado, los científicos han propuesto teorías alternativas de la gravedad (como la Dinámica Newtoniana Modificada (MOND), la Gravedad Modificada (MOG), etc.). Mientras tanto, otros han sugerido que puede haber física adicional en el cosmos de la que aún no somos conscientes. Como dijo Turyshev a Universe Today por correo electrónico:
“Estamos ansiosos por explorar cuestiones que rodean los misterios de la energía y la materia oscuras. A pesar de su descubrimiento en el último siglo, sus causas subyacentes siguen siendo difíciles de alcanzar. Si estas ‘anomalías’ provienen de nueva física (fenómenos aún por observar en laboratorios terrestres o aceleradores de partículas), es posible que esta nueva fuerza pueda manifestarse a escala del sistema solar”.
Para su último estudio, Turyshev y sus colegas investigaron cómo una serie de naves espaciales que volaban en una formación tetraédrica podrían investigar el campo gravitacional del Sol.
Estas investigaciones, afirmó Turyshev, buscarían desviaciones de las predicciones de la relatividad general a escala del Sistema Solar, algo que no ha sido posible hasta la fecha:
“Se supone que estas desviaciones se manifiestan como elementos distintos de cero en el tensor de gradiente de gravedad (GGT), fundamentalmente similar a una solución de la ecuación de Poisson.
Debido a su naturaleza minúscula, detectar estas desviaciones exige una precisión que supera con creces las capacidades actuales, en al menos cinco órdenes de magnitud. Con un nivel de precisión tan elevado, numerosos efectos conocidos introducirán un ruido significativo.
La estrategia implica realizar mediciones diferenciales para negar el impacto de fuerzas conocidas, revelando así las contribuciones sutiles, aunque distintas de cero, a la GGT”.
La misión, dijo Turyshev, emplearía técnicas de medición locales que se basan en una serie de interferómetros. Esto incluye el alcance láser interferométrico, una técnica demostrada por la misión Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO), un par de naves espaciales que se basa en el alcance láser para rastrear los océanos, glaciares, ríos y aguas superficiales de la Tierra.
La misma técnica también se utilizará para investigar ondas gravitacionales mediante la antena espacial de interferometría láser (LISA) propuesta.
La nave espacial también estará equipada con interferómetros atómicos, que utilizan el carácter ondulatorio de los átomos para medir la diferencia de fase entre las ondas de materia atómica a lo largo de diferentes trayectorias. Esta técnica permitirá a la nave espacial detectar la presencia de ruidos no gravitacionales (actividad de los propulsores, presión de la radiación solar, fuerzas de retroceso térmico, etc.) y anularlos en la medida necesaria.
Mientras tanto, volar en formación tetraédrica optimizará la capacidad de las naves espaciales para comparar mediciones.
“La medición por láser nos ofrecerá datos muy precisos sobre las distancias y velocidades relativas entre naves espaciales”, dijo Turyshev.
“Además, su precisión excepcional nos permitirá medir la rotación de una formación de tetraedro en relación con un sistema de referencia inercial (a través de observables de Sagnac), una tarea que no se puede lograr por ningún otro medio. En consecuencia, esto establecerá una formación tetraédrica aprovechando un conjunto de mediciones locales”.
En última instancia, esta misión probará GR en la escala más pequeña, algo que ha faltado hasta la fecha. Si bien los científicos continúan investigando el efecto de los campos gravitacionales en el espacio-tiempo, estos se han limitado en gran medida a utilizar galaxias y cúmulos de galaxias como lentes.
Otros casos incluyen observaciones de objetos compactos (como estrellas enanas blancas) y agujeros negros supermasivos (SMBH) como Sagitario A*, que reside en el centro de la Vía Láctea.
“Nuestro objetivo es mejorar la precisión de las pruebas de GR y teorías gravitacionales alternativas en más de cinco órdenes de magnitud.
Más allá de este objetivo principal, nuestra misión tiene objetivos científicos adicionales, que detallaremos en nuestro artículo posterior. Estos incluyen probar GR y otras teorías gravitacionales, detectar ondas gravitacionales en el rango de micro-Hercios (un espectro al que no pueden acceder los instrumentos existentes o previstos) y explorar aspectos del sistema solar, como el hipotético Planeta 9, entre otros esfuerzos”.
Este artículo fue publicado originalmente por Universe Today. Lea el artículo original.
