Confirman que la velocidad de la gravedad es la que predijo Einstein

Las recientes detecciones de ondas gravitacionales han permitido a los físicos confirmar con mayor y mayor precisión lo que Einstein predijo hace más de 100 años en la teoría de la relatividad general. En concreto, se trata de que la gravedad no actúa instantáneamente como pensó Newton, sino que se propaga a la velocidad de la luz.

“La velocidad de la gravedad, como la velocidad de la luz, es una de las constantes fundamentales en el Universo”, dijo a Phys.org Neil Cornish, físico de la Universidad de Montana State. “Hasta el advenimiento de la astronomía de ondas gravitacionales, no teníamos forma de medir directamente la velocidad de la gravedad”.

En los últimos meses, los físicos han progresado muy rápido al limitar la velocidad de la gravedad utilizando observaciones de ondas gravitacionales. Inicialmente, las primeras detecciones LIGO de ondas gravitacionales limitaron la velocidad de la gravedad al 50% de la velocidad de la luz.

En un artículo publicado en Physical Review Letters, Cornish y sus coautores –Diego Blas en el CERN y Germano Nardini en la Universidad de Berna– han combinado los primeros tres eventos de ondas gravitacionales reportados por las colaboraciones LIGO y Virgo, lo que les permite mejorar los límites originales dentro de aproximadamente el 45% de la velocidad de la luz.

Tan solo dos días después (y después de que los físicos mencionados anteriormente escribieran su artículo), otro trabajo fue publicado en The Astrophysical Journal Letters por las colaboraciones de LIGO y Virgo, cuyos autores están afiliados a casi 200 instituciones en todo el mundo. Al usar los datos de las ondas gravitacionales emitidas por una fusión de estrella de neutrones binaria detectada en agosto, pudieron restringir la diferencia entre la velocidad de la gravedad y la velocidad de la luz entre -3 x 10 elevado a 15 y 7 x 10 elevado a 16 veces la velocidad de la luz.

La razón del enorme salto en la precisión es que el evento de la estrella de neutrones no emitió solo ondas gravitatorias, sino también radiación electromagnética en forma de rayos gamma. La emisión simultánea de ondas gravitacionales y luz de la misma fuente permitió a los científicos establecer límites en la velocidad de la gravedad que son muchos órdenes de magnitud más estrictos que lo que podría establecerse usando solo señales de ondas gravitacionales.

Dependiendo de si una fuente astrofísica emite ondas gravitatorias y luz o solo la primera, los científicos toman diferentes enfoques para restringir la velocidad de la gravedad. Cuando una fuente emite tanto ondas gravitatorias como luz, los científicos pueden medir la diferencia (si la hay) en los tiempos de llegada de los dos tipos diferentes de señales en un solo detector. En el trabajo de Astrophysical Journal Letters, los científicos midieron un retraso de llegada de unos pocos segundos entre las señales que viajaban una distancia de más de cien millones de años luz. Un retraso tan pequeño a través de esta distancia se considera prácticamente nada.

Por otro lado, cuando una fuente emite solo ondas gravitacionales, los científicos deben detectar la misma señal en múltiples detectores basados en la Tierra y medir la diferencia (muy leve) en los tiempos de llegada. Los científicos del estudio de Physical Review Letters hicieron esto comparando las señales detectadas por dos detectores LIGO ubicados a 2.500 kilómetros de distancia: uno en Hanford, Washington, y el otro en Livingston, Louisiana.

Como explican los físicos, es posible mejorar en gran medida los límites de la velocidad de la gravedad utilizando fuentes que emiten solo ondas gravitatorias. Por ejemplo, usando cuatro detectores ubicados en diferentes lugares de la Tierra, con cinco eventos de ondas gravitacionales para comparar, las restricciones podrían mejorar hasta dentro del 1% de la velocidad de la luz. Pero aún no pueden alcanzar el grado de precisión de los experimentos que tienen acceso tanto a la gravedad como a la luz.

En general, limitar la velocidad de la luz tiene muchas implicaciones significativas para la física fundamental y la cosmología. Una de las mayores implicaciones es que los límites estrechos proporcionan una prueba más precisa de la relatividad general y descartan las alternativas propuestas a la relatividad general.

“Muchas teorías alternativas de la gravedad, incluidas algunas que han sido invocadas para explicar la expansión acelerada del Universo, predicen que la velocidad de la gravedad es diferente de la velocidad de la luz”, dijo Cornish. “Varias de esas teorías han sido descartadas, lo que limita las formas en que la teoría de Einstein puede modificarse sensiblemente, y hacer que la energía oscura sea una explicación más probable para la expansión acelerada”.

Con información de Physical Review Letters y Phys.org.