El Universo es tridimensional al menos hasta 80 millones de años luz

En octubre de 2017, los científicos utilizaron el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetría Láser (LIGO) para detectar una onda gravitacional producida en la colisión de dos estrellas de neutrones. Apodado 'GW170817', el evento también se vio con los telescopios tradicionales, lo que permite a los científicos estudiar simultáneamente la ocurrencia a través de ondas gravitacionales y ondas de luz.

Estas medidas duales permiten que los científicos aprendan todo tipo de cosas sobre nuestro universo, incluidas las dimensiones que podría contener. Los nuevos resultados -publicados en el 'Journal of Cosmology and Astroparticle Physics'- también ofrecen evidencia adicional para la relatividad general de Albert Einstein.

«La relatividad general dice que la gravedad debería funcionar en tres dimensiones, y los resultados muestran que eso es lo que vemos», dice Kris Pardo, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en la Universidad de Princeton.

Mientras que la relatividad general ha demostrado hasta ahora ser acertada en la descripción de nuestro universo, hay una cosa que no puede explicar muy bien: por qué la expansión del universo se está acelerando. Los científicos apodaron la causa de esta aceleración como 'energía oscura', pero nadie sabe qué es.

Algunas teorías modifican la gravedad para explicar la expansión, lo que sugiere que la gravedad funciona de manera diferente en grandes escalas. Muchas de estas ideas predicen que existen otras dimensiones, y que podrían ser exploradas por ondas gravitacionales.

De acuerdo con muchas de estas teorías, si existen dimensiones extra, las ondas gravitatorias se 'filtrarían' a esas dimensiones, causando que las ondas se debiliten a medida que atraviesan el universo. Los científicos en el estudio reciente midieron qué tan lejos viajaron las ondas gravitacionales y las ondas de luz de GW170817 para llegar a la Tierra, pero los investigadores no encontraron ningún indicio del debilitamiento que se asociaría con las dimensiones adicionales.

A raíz del evento 'GW170817', muchos estudios descartaron algunas de las teorías de gravedad modificadas al calcular la velocidad de las ondas gravitacionales para determinar su retraso en el tiempo de viaje. Este nuevo estudio es capaz de descartar un conjunto de teorías, según comenta Baker a 'LiveScience'.

Los nuevos resultados excluyen solo las grandes dimensiones. Como tales, no ponen ninguna restricción en las más de 10 dimensiones predichas por la teoría de cuerdas, una teoría en física que sugiere que todo está compuesto de pequeñas cuerdas vibratorias. Sin embargo, los nuevos hallazgos muestran que a través de escalas de aproximadamente 1 milla (1,6 kilómetros) hasta al menos 80 millones de años luz, el universo es tridimensional.

El hallazgo descarta dimensiones aún más grandes, pero solo si tienen efectos visibles sobre la física en escalas menores de 80 millones de años luz.

Los investigadores también utilizaron los datos para calcular la vida útil del gravitón, una partícula teórica que, si existe, transmite la fuerza de la gravedad. Esa vida es de al menos 450 millones de años, encontraron los científicos. En otras palabras, el gravitón no se descompone en partículas más ligeras durante este tiempo. Algunas teorías de la gravedad modificadas predicen tal desintegración, por lo que este cálculo de la vida útil del gravitón podría usarse en futuros eventos de ondas gravitacionales que ocurren en otras partes del universo, ayudando a probar aún más estas teorías.

El evento de colisión 'GW170817' «fue muy, muy local en términos cosmológicos, básicamente en nuestra puerta», indica Baker. Pero a los físicos realmente les gustaría ver más eventos a mayores distancias (lo que habría ocurrido más atrás en el tiempo), porque revelarían si la gravedad o la energía oscura han cambiado con el tiempo, según concluye Baker.