RIVERSIDE, California — Las ondas gravitacionales, ondas en el espacio-tiempo predichas por Einstein hace casi un siglo, se detectaron por primera vez en 2015. Un nuevo estudio dirigido por Yanou Cui, profesor asociado de física y astronomía en la Universidad de California, Riverside, informa que formas muy simples de materia podrían crear fondos detectables de ondas gravitacionales poco después del Big Bang.
“Este mecanismo de creación de fondos detectables de ondas gravitacionales podría arrojar luz sobre la desconcertante señal de ondas gravitacionales recientemente capturada por los observatorios de cronometraje de púlsares,” dijo Cui. “Otra implicación emocionante es que la misma forma de materia puede identificarse como materia oscura, la misteriosa sustancia que se cree que constituye la mayor parte de la masa del universo, que ha desconcertado a los científicos durante décadas”.
El estudio, publicado en Physical Review Letters, allana el camino para descubrir nueva física fundamental utilizando el laboratorio más grande: el propio universo. En la siguiente sesión de preguntas y respuestas, Cui responde algunas preguntas sobre la investigación:
¿Cuáles son estas formas muy simples de materia?
La forma simple de materia es un tipo de materia de campo escalar ultraligero. Escalar significa que la materia no tiene rotación interna (espín), y se asemeja al bosón de Higgs. Estas formas de materia son muy ligeras, cada una con una masa de una millonésima o incluso de mil millonésima parte de la masa de un electrón. Debido a su masa muy pequeña, actúan más como ondas que como partículas, y permea el universo.
Las ondas gravitacionales (GW) deben tener una intensidad suficientemente alta, análoga a las ondas electromagnéticas, para que los experimentos actuales sean lo suficientemente sensibles como para capturarlas. Además, deben estar en las bandas de frecuencia a las que estos experimentos son sensibles; hasta ahora, solo se pueden detectar ciertos rangos de frecuencia de GW debido a las limitaciones tecnológicas.
¿Estas formas simples de materia generan un fondo detectable de radiación de ondas gravitacionales poco después del Big Bang y en ningún otro momento?
Sí, las GW se generan durante una era en la que la tasa de expansión del universo es aproximadamente la masa del campo escalar. Se detendría más allá de este punto, ya que la producción de partículas se cerraría en algún momento mediante el mecanismo interno. Cuando digo poco después del Big Bang, aún es una fracción de segundo después de eso. Mucho después del Big Bang, puede haber producción de GW de fuentes astrofísicas como la fusión de agujeros negros, lo que observó el Observatorio de ondas gravitacionales de interferómetro láser.
¿Por qué estas formas simples de materia no se conocían hasta ahora?
No interactúan con la materia conocida de otras formas que no sean la interacción gravitacional súper débil. La señal de GW que demostramos es la forma de detectarlas. Pero si son materia oscura, lo sabemos de la evidencia general de materia oscura. Nuevamente, debido a que solo interactúan con la materia visible gravitacionalmente, que es muy débil, no sabíamos mucho sobre ellas antes.
Dice que sería emocionante identificar esta forma simple de materia como materia oscura. ¿Es porque finalmente sabremos de qué está hecha la materia oscura?
Sí, este es uno de los aspectos más destacados. Pero también, es muy complicado producir GW detectables, y encontramos una forma simple de materia, posiblemente materia oscura, que puede producir tales GW, un logro teórico significativo. Además, como se mencionó anteriormente, el desconcertante hallazgo de cronometraje de púlsares del año pasado puede explicarse por este mecanismo.
La Universidad de California, Riverside es una universidad de investigación doctoral, un laboratorio viviente para la exploración innovadora de temas críticos para el sur de California del interior, el estado y las comunidades de todo el mundo. Reflejando la cultura diversa de California, la matrícula de UCR es de más de 26,000 estudiantes. El campus abrió una escuela de medicina en 2013 y ha llegado al corazón del Valle de Coachella a través del Centro UCR Palm Desert. El campus tiene un impacto anual de más de $ 2.7 mil millones en la economía de EE. UU. Para obtener más información, visite www.ucr.edu
Diario
Cartas de revisión física
Método de investigación
Estudio observacional
Tema de investigación
No aplicable
Título del artículo
Sinfonía de ondas gravitacionales de campos escalares espectadores oscilantes
Fecha de publicación del artículo
11-Jul-2024
Declaración de COI
Los autores declaran no tener conflicto de intereses.
