Cuando los científicos registraron una ondulación en el espacio-tiempo, seguido en dos segundos por un estallido de luz asociado observado por docenas de telescopios en todo el mundo, ellos habían presenciado, por primera vez, la explosiva colisión y fusión de dos estrellas de neutrones.

El intenso evento cosmológico observado el 17 de agosto también tuvo otras reverberaciones aquí en la Tierra:descartó una clase de teorías de energía oscura que modifican la gravedad, y desafió una gran clase de teorías.

Energía oscura, que está impulsando la expansión acelerada del universo, es uno de los mayores misterios de la física. Constituye aproximadamente el 68 por ciento de la masa y la energía totales del universo y funciona como una especie de antigravedad, pero aún no tenemos una buena explicación. Simplemente pon, la energía oscura actúa para alejar la materia entre sí, mientras que la gravedad actúa para unir la materia.

La fusión de estrellas de neutrones creó ondas gravitacionales, una distorsión serpenteante en el tejido del espacio y el tiempo. como una piedra arrojada que envía ondas a través de un estanque, que viajó alrededor de 130 millones de años luz a través del espacio, y llegó a la Tierra casi en el mismo instante que la luz de alta energía que brotó de esta fusión.

La firma de las ondas de gravedad fue detectada por una red de detectores terrestres llamados LIGO y Virgo. y el primer estallido intenso de luz fue observado por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi.

Ese tiempo de llegada casi simultáneo es una prueba muy importante para las teorías sobre la energía oscura y la gravedad.

"Nuestros resultados hacen un progreso significativo para dilucidar la naturaleza de la energía oscura, "dijo Miguel Zumalacárregui, un físico teórico que forma parte del Centro de Física Cosmológica de Berkeley en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) y UC Berkeley.

"Las teorías más simples han sobrevivido, ", dijo." Realmente se trata de la sincronización ".

Él y José María Ezquiaga, quien era un Ph.D. investigador del Centro de Física Cosmológica de Berkeley, participó en este estudio, que se publicó el 18 de diciembre en la revista Cartas de revisión física .

Una teoría de la "constante cosmológica" de 100 años introducida por Albert Einstein en relación con su trabajo sobre la relatividad general y algunas otras teorías derivadas de este modelo permanecen como contendientes viables porque proponen que la energía oscura es una constante tanto en el espacio como en el tiempo:Las ondas gravitacionales y las ondas de luz se ven afectadas de la misma manera por la energía oscura, y así viajar a la misma velocidad a través del espacio.

"La explicación favorita es esta constante cosmológica, ", dijo." Eso es tan simple como se va a poner ".

Hay algunas teorías complicadas y exóticas que también se mantienen a la altura de la prueba presentada por las mediciones de fusión de estrellas. Gravedad masiva, por ejemplo, una teoría de la gravedad que asigna una masa a una partícula elemental hipotética llamada gravitón, todavía tiene una pequeña posibilidad si el gravitón tiene una masa muy pequeña.

Algunas otras teorías aunque, que sostenía que la llegada de ondas gravitacionales estaría separada en el tiempo de la firma de luz que llega de la fusión de estrellas por períodos mucho más largos, que se extienden hasta millones de años, no explica lo que se vio, y debe modificarse o desecharse.

El estudio señala que una clase de teorías conocidas como teorías del tensor escalar se ve particularmente desafiada por las observaciones de la fusión de estrellas de neutrones, incluyendo Einstein-Aether, Tipo MOND (relacionado con la dinámica newtoniana modificada), Galileon, y teorías de Horndeski, para nombrar unos pocos.

Con retoques, algunos de los modelos desafiados pueden sobrevivir a la última prueba de la fusión estrella, Zumalacárregui dijo, aunque "pierden algo de su simplicidad" en el proceso.

Zumalacárregui se unió al centro cosmológico el año pasado y es investigador global Marie Sk? Odowska-Curie que se especializa en estudios de la gravedad y la energía oscura.

Comenzó a estudiar si las ondas gravitacionales podrían proporcionar una prueba útil de energía oscura luego del anuncio de febrero de 2016 de que los dos conjuntos de detectores de ondas gravitacionales llamados LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser) capturaron la primera medición confirmada de ondas gravitacionales. Los científicos creen que esas ondas se crearon en la fusión de dos agujeros negros para crear un agujero negro más grande.

Pero ese tipo de eventos no producen un estallido de luz asociado. "Necesita ambos, no solo ondas gravitacionales para ayudar a probar las teorías de la gravedad y la energía oscura, "Dijo Zumalacárregui.

Otro estudio, que publicó con Ezquiaga y otros en abril de 2017, exploró las condiciones teóricas bajo las cuales las ondas de gravedad podrían viajar a una velocidad diferente a la de la luz.

Otra implicación para este campo de investigación es que, recolectando ondas gravitacionales de estos y posiblemente otros eventos cosmológicos, puede ser posible utilizar sus firmas características como "sirenas estándar" para medir la tasa de expansión del universo.

Esto es análogo a cómo los investigadores usan firmas de luz similares para objetos, incluido un tipo de estrellas en explosión conocidas como supernovas de Tipo Ia y estrellas pulsantes conocidas como cefeidas, como "velas estándar" para medir su distancia.

Los cosmólogos usan una combinación de tales medidas para construir una llamada escalera de distancia para medir qué tan lejos está un objeto dado de la Tierra. pero hay algunas discrepancias sin resolver que probablemente se deban a la presencia de polvo espacial e imperfecciones en los cálculos.

Recopilar más datos de eventos que generan tanto ondas gravitacionales como luz también podría ayudar a resolver diferentes medidas de la constante de Hubble, un indicador popular de la tasa de expansión del universo.

La tasa de Hubble calibrada con mediciones de distancia de supernovas difiere de la tasa de Hubble obtenida de otras observaciones cosmológicas, Zumalacárregui señaló, por lo que encontrar sirenas más estándar, como fusiones de estrellas de neutrones, posiblemente podría mejorar las mediciones de distancia.

El evento de fusión de estrellas de neutrones de agosto presentó una oportunidad inesperada pero muy bienvenida, él dijo.

"Las ondas gravitacionales son una confirmación o refutación muy independiente de las medidas de la escalera de distancias, ", dijo." Estoy muy emocionado por los próximos años. Al menos algunos de estos modelos de energía oscura no estándar podrían explicar esta discrepancia en la tasa de Hubble.

"Quizás hemos subestimado algunos eventos, o algo no se tiene en cuenta por lo que tendremos que revisar la cosmología estándar del universo, ", agregó." Si este estándar se mantiene, necesitaremos ideas teóricas radicalmente nuevas que son difíciles de verificar experimentalmente, como múltiples universos - el multiverso. Sin embargo, si este estándar falla, tendremos más vías experimentales para probar esas ideas ".

Se están publicando nuevos instrumentos y estudios del cielo en línea que también tienen como objetivo mejorar nuestra comprensión de la energía oscura, incluido el proyecto de instrumentos espectroscópicos de energía oscura dirigido por Berkeley Lab que está programado para comenzar a operar en 2019. Y los científicos que estudian otros fenómenos, como las ilusiones ópticas en el espacio causadas por lentes gravitacionales, un efecto inducido por la gravedad que hace que la luz de objetos distantes se doble y distorsione alrededor de objetos más cercanos, también será útil para realizar mediciones más precisas.

"Podría cambiar la forma en que pensamos sobre nuestro universo y nuestro lugar en él, ", Dijo Zumalacárregui." Va a requerir nuevas ideas ".