Las pistas de la "gravedad cuántica" podrían estar escondidas en las canciones de los agujeros negros

De las cuatro fuerzas fundamentales de la física, la gravedad es con la que estamos más familiarizados en la vida cotidiana, pero también es la única que actualmente no puede ser explicada por la física cuántica. Ahora, los científicos han esbozado un plan para buscar signos de gravedad cuántica en el cosmos escuchando el 'sonido' de los agujeros negros en colisión.

Tres de las cuatro fuerzas fundamentales, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débil y fuerte, pueden describirse como campos y son transportadas por partículas específicas. El electromagnetismo, por ejemplo, es transportado por fotones y crea campos eléctricos y magnéticos.

La gravedad, sin embargo, no se puede explicar de esta manera. Por ahora, el mejor modelo que tenemos es la teoría general de la relatividad de Einstein, pero en ciertas situaciones, como cerca de los agujeros negros, esta teoría falla, lo que indica que está incompleta. Durante décadas, los científicos han estado buscando una teoría de la gravedad cuántica, que explicaría la fuerza en términos de la mecánica cuántica transportada por una partícula hipotética llamada gravitón, pero hasta ahora la evidencia nos ha eludido.

Ahora, un par de nuevos estudios han esbozado cómo los astrofísicos podrían buscar pistas en los próximos años. Las ondas gravitacionales son ondas en la estructura misma del espacio-tiempo, producidas por eventos cataclísmicos como colisiones entre agujeros negros y/o estrellas de neutrones, que son detectables por observatorios como LIGO. El equipo demostró que los 'tonos' de esas colisiones podrían insinuar una física que no se alinea del todo con los modelos actuales.

"Cuando dos agujeros negros se fusionan para producir un agujero negro más grande, el agujero negro final suena como una campana", dijo Yanbei Chen, coautor de ambos estudios. "La calidad del timbre, o su timbre, puede ser diferente de las predicciones de la relatividad general si ciertas teorías de la gravedad cuántica son correctas. Nuestros métodos están diseñados para buscar diferencias en la calidad de esta fase de timbre, como los armónicos y matices, por ejemplo".

El primer estudio presenta una nueva ecuación que describe cómo sonarían los agujeros negros bajo diferentes teorías de gravedad cuántica. Se basa en una ecuación desarrollada por primera vez por el físico teórico Saul Teukolsky en la década de 1970. En el segundo estudio, el equipo describe cómo se puede aplicar la nueva ecuación a los datos adquiridos por LIGO, filtrando el ruido de fondo.

Con LIGO volviendo a funcionar recientemente después de una pausa de tres años para las actualizaciones, pronto deberíamos poder poner a prueba la idea de la gravedad cuántica.

La investigación se publicó en las revistas Physical Review X y Physical Review Letters.

Fuente: Caltech