La teoría de la relatividad de Albert Einstein está considerada como una de las aportaciones científicas de mayor impacto en la historia. De hecho, estos postulados y su famosa fórmula de E=mc2 siguen de plena actualidad 120 años después de haber sido presentada. Buena muestra de ello es el proyecto español financiado por la Unión Europea, que pondrá a prueba los límites de la teoría de Einstein, con estudios sobre señales de nueva física en colisiones de agujeros negros.
El encargado de liderar este proyecto es el investigador del programa Ramón y Cajal de la Universidad de Murcia, Pablo Antonio Cano, que obtenido una de las prestigiosas ayudas del Consejo Europeo de Investigación (ERC, por sus siglas en inglés), dotada con 1,5 millones de euros. La investigación podría abrir la puerta al descubrimiento de nueva física más allá del modelo actual.
El proyecto español que trata de probar los límites de la teoría de Einstein
El proyecto, titulado ‘Gravedad más allá de Einstein (Gravity beyond Einstein: gravitational-wave signatures of new physics)’, se centrará en determinar de forma precisa los efectos que ciertas teorías de gravedad cuántica tendrían sobre las ondas gravitacionales. Estas señales, generadas en eventos extremos como la fusión de agujeros negros, podrían contener huellas de fenómenos aún no explicados por la teoría de Einstein.
“Sabemos que la relatividad general funciona extraordinariamente bien en entornos con campos gravitatorios débiles, como el sistema solar”, explica el investigador. Sin embargo, añade, “nunca hemos podido comprobar si sigue siendo válida en condiciones extremas, como las que se dan en las cercanías de un agujero negro”. Este vacío experimental deja abierta la posibilidad de que futuras observaciones revelen desviaciones respecto a las predicciones de la teoría actual.
Nueva era para la física
Desde el descubrimiento de las ondas gravitacionales hace una década, la física ha entrado en una nueva era. Estos ecos cósmicos nos permiten estudiar el universo de una forma radicalmente distinta y acceder a información sin precedentes sobre objetos extremadamente compactos. No obstante, detectar una desviación sutil en estas ondas —que podría indicar la presencia de una nueva física— requiere primero una predicción teórica clara de cómo se verían afectadas por modificaciones a la relatividad general.
Aquí es donde entra en juego el trabajo Pablo Antonio Cano, cuyo proyecto busca construir estas predicciones. En particular, estudiará las frecuencias de vibración de los agujeros negros que actúan como el timbre de una campana. Dicho timbre tiene un tono y una duración que vienen determinados por la forma, composición y tamaño de la campana. Analizando el sonido, uno podría determinar todas estas características de la campana que lo produjo.
En el caso de un agujero negro, su ‘timbre’ nos informa de propiedades como su masa y su velocidad de rotación, pero también, y esto es lo crucial en esta investigación, de cómo se comporta la gravedad en situaciones extremas. “Esto nos permite poner a prueba la teoría de Einstein con todo lujo de detalle, e incluso buscar pequeñas desviaciones”, sostiene Cano.
Los resultados se aplicarán al análisis de datos de los detectores actuales (LIGO, Virgo y KAGRA), así como a los que se pondrán en marcha en la próxima década, como el observatorio espacial LISA o el Einstein Telescope. Estos nuevos instrumentos, mucho más sensibles, permitirán estudiar millones de colisiones con un nivel de detalle inédito.
Redefinición de los agujeros negros
La investigación servirá para determinar si estos objetos son realmente los agujeros negros predichos por la teoría de la relatividad, si son agujeros negros, pero con propiedades diferentes a las predichas por esta teoría, o si son un tipo diferente de objeto totalmente desconocido hasta la fecha, pero que se parece a un agujero negro. Afinando en las mediciones, es posible responder qué alternativa es la correcta.
“En el peor de los casos, podremos acotar aún más el rango en el que podría encontrarse la nueva física; en el mejor, podríamos demostrar que la teoría de Einstein no es completa y dar un paso decisivo hacia una teoría más fundamental”, explica el investigador de la UMU.
