Limitaciones de la variabilidad de G a lo largo del tiempo a partir de diferentes observaciones. El eje horizontal representa el tiempo de ‘mirar atrás’, desde hoy (izquierda) hasta el Big Bang (derecha). En el eje vertical, el cambio de tiempo se normaliza con el valor actual de G, llamado G0. La barra negra muestra los límites obtenidos de las observaciones actuales de ondas gravitacionales. Fuente: Vijaykumar, Kapadia & Ajith.
Las teorías físicas anteriores introdujeron varias constantes fundamentales, incluida la constante G de Newton, que cuantifica la fuerza de una interacción gravitacional entre dos objetos masivos. Cuando se combinan, estas constantes fundamentales permiten a los físicos describir el universo de una manera simple y más fácil de entender.
En el pasado, algunos investigadores se han preguntado si el valor de las constantes fundamentales ha cambiado con el tiempo. Además, algunas teorías alternativas de la gravedad (es decir, adaptaciones o sustitutos de la relatividad general de Einstein) predicen que la constante G cambia con el tiempo.
Científicos del Centro Internacional de Ciencias Teóricas del Instituto Tata de Investigación Fundamental en India propusieron recientemente un método que puede usarse para reducir la variabilidad de G en el espacio-tiempo. Este método, descrito en un artículo publicado en Cartas de revisión física, se basa en observaciones de la fusión de estrellas de neutrones binarias.
“Varios experimentos han reducido la magnitud de la variabilidad de G”, dijo Parameswaran Ajith, uno de los investigadores que realizó el estudio. “Nuestro trabajo muestra que la observación de ondas gravitacionales de sistemas binarios de estrellas de neutrones es un nuevo método para medir el cambio en el tiempo G. A partir de la señal de ondas gravitacionales resultante de la fusión de estrellas de neutrones dobles, podemos medir la combinación GM / c2, donde M es la masa total del binario yc son las luces de velocidad. Si tenemos una medida independiente de M y c, podemos encontrar el valor de G. “
Mientras se conozca la velocidad de la luz, no existe una medida independiente de la masa de la estrella en binario. Sin embargo, se sabe que las estrellas de neutrones tienen limitaciones de masa específicas.
Los físicos, en particular, saben que si una estrella de neutrones es demasiado masiva, colapsará por su propia gravedad. Por otro lado, si es demasiado ligero, no podrá sujetar su material. Ajith y sus colegas propusieron esencialmente usar estos límites de masa conocidos para limitar el rango de valores que G puede tener cuando se combinan estrellas binarias.
“La idea original de mi colega Shasvath Kapadia era utilizar la emisión electromagnética de la unión para estimar de forma independiente la masa del binario”, dijo Ajith. “Si bien en principio es posible, las incertidumbres en esta medición son grandes debido a la compleja física involucrada. Esta medición también podría ser posible en el futuro ”.
Los descubrimientos recogidos por Ajith y sus colegas introducen nuevos límites a la constante de gravedad (G) en una era cosmológica que no ha sido estudiada por ninguna otra observación. De hecho, las observaciones previas generalmente sondean un universo muy temprano (es decir, unos minutos después del Big Bang) o la versión más reciente del universo (es decir, hasta hace unos 100 millones de años).
El método desarrollado por este equipo de científicos podría ayudar a comprender mejor hasta qué punto la constante gravitacional G cambia a lo largo del tiempo cósmico. Además, cuando se aplica a futuras observaciones de ondas gravitacionales, potencialmente podría permitir a los físicos estudiar los valores G en una era cosmológica extendida que abarca 10 mil millones de años.
“Los observatorios de ondas gravitacionales como LIGO y Virgo continúan mejorando su sensibilidad. Se están construyendo nuevos detectores en Japón e India ”, dijo Ajith. “Durante la próxima década, detectaremos ondas gravitacionales de cientos de estrellas de neutrones dobles. La próxima generación planificada de detectores detectará millones de ellos, y cada observación reducirá el valor G de una era cosmológica diferente. De esta manera, debería ser capaz de crear un “mapa” de la variabilidad de G en una época cosmológica extendida que abarca 10 mil millones de años. ”
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