Detector de ondas gravitacionales en el espacio podría descubrir secretos del universo

Apr 15, 2023

Una nueva investigación ha demostrado que las futuras detecciones de ondas gravitacionales desde el espacio serán capaces de encontrar nuevos campos fundamentales y potencialmente arrojar nueva luz sobre aspectos inexplicables del Universo.

El profesor Thomas Sotiriou del Centro de Gravedad de la Universidad de Nottingham y Andrea Maselli, investigador de GSSI y asociado de INFN, junto con investigadores de SISSA y La Sapienza de Roma, demostraron la precisión sin precedentes con la que las observaciones de ondas gravitacionales realizadas por el interferómetro espacial LISA (Laser Antena espacial del interferómetro), podrá detectar nuevos campos fundamentales.La investigaciónha sido publicado en Nature Astronomy.

En este nuevo estudio, los investigadores sugieren que LISA, el detector de ondas gravitacionales (GW) basado en el espacio que se espera sea lanzado por la ESA en 2037, abrirá nuevas posibilidades para la exploración del Universo.

Sotiriou, director del Centro de Gravedad de Nottingham explica: "Se han sugerido nuevos campos fundamentales, y en particular escalares, en una variedad de escenarios: como explicaciones para la materia oscura, como la causa de la expansión acelerada del Universo, o como baja -manifestaciones energéticas de una descripción consistente y completa de la gravedad y las partículas elementales. Ahora hemos demostrado que LISA ofrecerá capacidades sin precedentes en la detección de campos escalares y esto ofrece oportunidades emocionantes para probar estos escenarios".

Las observaciones de objetos astrofísicos con campos gravitatorios débiles y una pequeña curvatura del espacio-tiempo no han proporcionado evidencia de tales campos hasta el momento. Sin embargo, hay razones para esperar que las desviaciones de la Relatividad General, o las interacciones entre la gravedad y los nuevos campos, sean más prominentes en curvaturas grandes. Por esta razón, la detección de GW, que abrió una nueva ventana al régimen de gravedad de campo fuerte, representa una oportunidad única para detectar estos campos.

Extreme Mass Ratio Inspirals (EMRI) en el que un objeto compacto de masa estelar, ya sea un agujero negro o una estrella de neutrones, se inspira en un agujero negro hasta millones de veces la masa del Sol, se encuentran entre las fuentes objetivo de LISA y proporcionan una arena dorada para probar el régimen de campo fuerte de la gravedad. El cuerpo más pequeño realiza decenas de miles de ciclos orbitales antes de sumergirse en el agujero negro supermasivo y esto conduce a señales largas que pueden permitirnos detectar incluso las desviaciones más pequeñas de las predicciones de la teoría de Einstein y el Modelo Estándar de Física de Partículas.

Los investigadores desarrollaron un nuevo enfoque para modelar la señal y realizaron por primera vez una estimación rigurosa de la capacidad de LISA para detectar la existencia de campos escalares junto con la interacción gravitatoria, y para medir cuánto campo escalar transporta el pequeño cuerpo de el EMRI. Sorprendentemente, este enfoque es agnóstico a la teoría, ya que no depende del origen de la carga en sí, ni de la naturaleza del cuerpo pequeño. El análisis también muestra que dicha medición se puede asignar a límites fuertes en los parámetros teóricos que marcan las desviaciones de la Relatividad General o el Modelo Estándar.

LISA se dedicará a detectar ondas gravitacionales mediante fuentes astrofísicas, operará en una constelación de tres satélites, orbitando alrededor del Sol a millones de kilómetros de distancia entre sí. LISA observará ondas gravitacionales emitidas a baja frecuencia, dentro de una banda no disponible para los interferómetros terrestres debido al ruido ambiental. El espectro visible de LISA permitirá estudiar nuevas familias de fuentes astrofísicas, distintas a las observadas por Virgo y LIGO, como los EMRI, abriendo una nueva ventana sobre la evolución de objetos compactos en una gran variedad de entornos de nuestro Universo.

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web de la Universidad de Nottingham