Restricciones sobre la variación temporal de G a partir de varias observaciones. El eje horizontal muestra el tiempo de "mirar atrás", desde hoy (izquierda) hasta el Big Bang (derecha). En el eje vertical, la variación de tiempo se normaliza con el valor actual de G, llamado G0. La barra negra muestra los límites obtenidos de las observaciones actuales de ondas gravitacionales. Crédito:Vijaykumar, Kapadia y Ajith.
Las teorías de la física pasadas introdujeron varias constantes fundamentales, incluyendo la constante G de Newton, que cuantifica la fuerza de la interacción gravitacional entre dos objetos masivos. Conjunto, estas constantes fundamentales permiten a los físicos describir el universo de forma directa y más fácil de entender.
En el pasado, algunos investigadores se preguntaron si el valor de las constantes fundamentales cambiaba a lo largo del tiempo cósmico. Es más, algunas teorías alternativas de la gravedad (es decir, adaptaciones o sustitutos de la teoría de la relatividad general de Einstein), predice que la constante G varía en el tiempo.
Investigadores del Centro Internacional de Ciencias Teóricas del Instituto Tata de Investigación Fundamental en India propusieron recientemente un método que puede usarse para imponer restricciones a la variación de G en el tiempo cósmico. Este método, esbozado en un artículo publicado en Cartas de revisión física , se basa en observaciones de la fusión de estrellas de neutrones binarias.
"Varios experimentos han limitado la cantidad de variación de G, "Parameswaran Ajith, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Nuestro trabajo muestra que las observaciones de ondas gravitacionales de estrellas binarias de neutrones proporcionan un nuevo método para medir la variación de tiempo de G. A partir de la señal de onda gravitacional que surge de una fusión de estrellas de neutrones binarios, podemos medir la combinación GM / c 2 , donde M es la masa total del binario yc es la velocidad de la luz. Si tenemos una medida independiente de M y c, podemos determinar el valor de G. "
Si bien se conoce la velocidad de la luz, no existe una medida independiente de la masa de una fusión de estrellas binarias. Lo que se sabe, sin embargo, es que las estrellas de neutrones tienen límites de masa específicos.
Específicamente, Los físicos saben que si una estrella de neutrones es demasiado masiva, colapsará por su propia gravedad. Por otra parte, si es demasiado ligero, no podrá aferrarse a su material. Ajith y sus colegas propusieron esencialmente el uso de estos límites de masa conocidos para restringir el rango de valores que G puede tener durante una fusión de estrellas binarias.
"La idea original de mi colaborador Shasvath Kapadia era utilizar la emisión electromagnética de la fusión para estimar de forma independiente la masa del binario, "Ajith dijo." Mientras esto es, en principio, posible, las incertidumbres en esta medición son grandes debido a la compleja física involucrada. En el futuro, tal medida también podría ser posible ".
Los hallazgos reunidos por Ajith y sus colegas introducen nuevas restricciones en la constante gravitacional (G) durante una época cosmológica que no es probada por ninguna otra observación. De hecho, Las observaciones pasadas generalmente sondean el universo muy temprano (es decir, minutos después del Big Bang) o la versión más 'reciente' del universo (es decir, hasta hace aproximadamente 100 millones de años).
El método desarrollado por este equipo de investigadores podría ayudar a comprender mejor hasta qué punto la constante gravitacional G varía a lo largo del tiempo cósmico. Es más, cuando se aplica a futuras observaciones de ondas gravitacionales, potencialmente podría permitir a los físicos probar el valor de G para una época cosmológica extendida, abarcando 10 mil millones de años.
"Los observatorios de ondas gravitacionales como LIGO y Virgo continúan mejorando su sensibilidad. Se están construyendo nuevos detectores en Japón e India, "Ajith dijo." En la próxima década, Detectaremos ondas gravitacionales de cientos de estrellas de neutrones binarias. La próxima generación planificada de detectores detectará millones de ellos, y cada observación limitará el valor de G de una época cosmológica diferente. De este modo, ¡deberíamos ser capaces de crear un 'mapa' de la variación de G durante una época cosmológica extendida que abarca 10 mil millones de años! "
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