La curvatura de la luz por parte de un agujero negro puede ofrecer una prueba de las dimensiones extra

Agujero negroInvestigadores de la Universidad de Pennsylvania (Penn) informan de que una nueva prueba para medir la capacidad de la gravedad para curvar la luz procedente de estrellas lejanas alrededor de un gran objeto como un agujero negro, puede ofrecer una prueba de la existencia de dimensiones extra en el universo.

La mayor parte del trabajo de los astrofísicos al estudiar los efectos de las lentes gravitatorias, o curvatura de la luz, se relacionan con galaxias y cúmulos de galaxias. Ahora, una investigación de Penn hace uso del agujero negro supermasivo que se cree que existe en el centro de la Vía Láctea.

El análisis se llevó a cabo por parte de Amitai Y. Bin-Nun, astrofísico teórico y estudiante graduado de cosmología en Penn, con la guía de Justin Khoury, profesor ayudante, y Ravi K. Sheth, profesor, ambos del Departamento de Física y Astronomía en la Escuela de Artes y Ciencias de Penn. El artículo aparece en la revista Physical Review D.

“Encontramos que, si nuestro universo se describe mediante una teoría que incorpora dimensiones extra, la luz cerca del agujero negro en el centro de nuestra galaxia puede que aparezca más brillante de lo que lo haría si vivimos en un universo sin dimensiones extra”, dice Bin-Nun. “Detectar imágenes en la intensidad más brillante representaría una prueba de las dimensiones extra y sería un desarrollo increíblemente importante”.

Bin-Nun estudió el efecto de lente gravitatoria sobre las estrellas que orbitan Sagittarius A*, or Sgr A*, una fuente de radio en el centro de la Vía Láctea. Se eligió Sgr A* debido a que aloja el agujero negro supermasivo que se supone que existe en el centro de la Vía Lactea. El potente tirón gravitatorio del agujero negro distorsiona la luz procedente de Sgr A* antes de que alcance la Tierra, creando la ilusión de múltiples imágenes de la misma estrella.

Bin-Nun simuló la órbita de las estrellas cerca del agujero negro y trató cada estrella como una fuente aumentada por el agujero negro, resolviendo la posición y brillo de la imagen “secundaria” que aparece cerca del agujero negro. Para cada estrella individual, Bin-Nun encontró que el brillo de la imagen secundaria cambiaría con el tiempo y tendría su pico de brillo cuando la estrella estuviese alineada con Sgr A*.

Luego, repitió el análisis de las lentes suponiendo que el agujero negro se describía a través de una métrica procedente de un escenario teórico de mundobranas Randall-Sundrum II, el cual prescribe una quinta dimensión. Si tal descripción del agujero negro es correcta, entonces la imagen secundaria de la estrella S2 será un 44% más brillante a principios de 2018 cuando alcance su pico de brillo, proporcionando una prueba para la presencia de una quinta dimensión donde la gravedad está gravemente diluida. De no ser así, entonces la descripción tetradimensional del agujero negro debería verse como más precisa.

Incluso si el universo no tiene cinco dimensiones, o si el análisis colapsa en otros puntos, “hemos demostrado que las teorías gravitatorias alternativas tienen la posibilidad de crear un gran efecto de lente gravitatoria y deberíamos mirar a las lentes como un test de dichas teorías”, comenta Bin-Nun.

Los hallazgos llegan con varias advertencias.

Se han realizado ciertas suposiciones sobre la forma del agujero negro, dado que la forma del espacio alrededor de un agujero negro de cinco dimensiones no se conoce. Los investigadores no tuvieron en cuenta el espín del agujero negro, lo que confunde el análisis. También es altamente probable que, debido a que la imagen está tan cerca del agujero negro y la resolución de los telescopios terrestres disponibles es limitada, la luz procedente de objetos mayores y más cercanos, oscurezca la imagen de la estrella, lo que significa que los observadores no serían capaces de aislar los efectos de esta imagen concreta.

“Estos hallazgos ilustran cómo las oportunidades proporcionadas por el programa de doctorado en física de Penn y su nuevo Centro para Cosmología de Partículas permite a los estudiantes hacer importantes contribuciones en el descubrimiento de vanguardia”, comenta Sheth.


Autor: Jacquie Posey
Fecha Original: 17 de noviembre de 2010
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Comments (11)

  1. jurl

    Pregunta (simple y pelada), ¿existe alguna recomendación oficial sobre si dejar la nomenclatura de Bayer en latín o hacer una traducción al castellano a la hora de textos divulgativos? En biología a nadie se le ocurre traducir la taxonomía, pero casi diría que es más corriente leer “Sagitario A” que “Sagittarius A” (personalmente la dejaría en latín, es lo que se hace en todas las lenguas, para algo es nomenclatura internacional).

    • OzzyBulla

      Mmm, buen punto. Pero ¿hasta donde se deja en latin? ¿A Newton lo leeriamos en latin? ¿O solo los nombres? Me parece que lo que pasa es que en realidad no se traduce (nadie traduce Quasar o Pulsar); sino que hay muchos nombres que vienen de la mitología greco-romana y esos nombres ya fueron “hispanizados” por la literatura en algunos caso y en otros no: virgo no es virgen ni tauro toro; pero en cambio decimos escorpión o acuario.

      • jurl

        Quasar y pulsar son palabras del inglés, son acrónimos (quasi stellar > quasar, pulsating star > pulsar), no sólo el inglés aporta palabras al acervo común de la ciencia, una molécula muy famosa todavía hoy más de 70 años después de su descubrimiento se la conoce por sus siglas en alemán xD (LSD, Lysergsäure-diethylamid), en geología hay cientos de términos tomados de muchas lenguas…En astronomía existe una nomenclatura internacional, que se da en latín (como la binomial taxonómica de la biología, por ejemplo), y es la que debe figurar en comunicaciones científicas. La traducción es siempre un problema, canis lupus es un término científico, lobo una palabra común, el contexto de una u otra no ofrece dudas, Polaris es un término… no sé xD, la denominación oficial es α Ursae Minoris (αUMa), “Polaris” (latín) o “estrella polar” no es un término estrictamente científico. Yo preguntaba a Kanijo si el conocía alguna recomendación oficial por parte de algún tipo de organismo, porque que yo sepa (y él), no lo hay. A ver si me explico, Sagittarius A es poco conocido (todavía no se llama “el petardo Fu” o “la cosa esa”, no es lo bastante popular), así escrito es claramente latín, como canis lupus (lit. el perro-lobo, género “perro” y especie “lobo”), tengo la idea de que la nomenclatura de Bayer en astronomía es menos conocida que la binomial taxonómica (probablemente por su ausencia de los libros de texto de enseñanzas medias), de hecho en libros de divulgación es muy corriente (en castellano, portugués y francés) “traducir” el término latino, algo que como Kanijo yo creo que no es buena idea.

    • Hola Jurl:

      Realmente no sé si hay alguna recomendación al respecto, pero dado que la nomenclatura oficial es en latín, la mantengo. De esta forma, en caso de que para distintos países de habla hispana ‘traduzcan’ del latín de forma distinta, siempre habrá coherencia.

      Un saludo

      • jurl

        Ese argumento también se me había saltado, es cierto que hay p.ej. muchos asterismos que se llaman de manera distinta incluso dentro del dominio de una lengua, y puede ser problemático (suele serlo) escoger/preferir una denominación en detrimento de otras. Si en la ciencia todo son ventajas xD.

  2. Sobre la nota: aparte de los problemas señalados en la nota. tambien seria bueno preguntar ¿el modelo que utilizan sera correcto. acaso no habra otros mejores modelos que expliquen lo predicho sin dimenciones extra?

    Pienso que esto se investigara con mas seriedad, cuando tengamos mejores instrumentos y viajemos por el espacio.

    no se que opinen

    • OzzyBulla

      Desgraciadamente parece que el camino va en el sentido contrario. De hecho, cinco son pocas; ls teoría de cuerdas en su versión unificada nos habla de nada menos que de once dimensiones. Claramente la intuición se va haciendo inútil si queremos imaginarnos un espacio así.

  3. Los agujeros negros siempre son facinantes y siempre se toca este tema en la física, pero enterder su comportamiento si que es muy complicada para las personas estudiosas del tema los menor avanzados nos conformamos con la parte divulgativa del tema y este artículo es un buen aporte gracias…cienci Kanija

  4. Y yo me pregunto, matematicamente hablando, si presumiblemente la fisica satisface unas reglas concretas (desconcidas en su totalidad) que tipo de ‘singularidad’ representara un agujero negro en las mismas? Es un ‘punto ‘ del tejido espacio-tiempo que tiene una singularidad de algun tipo? alguien que pueda aclarar esto se agradecera infinitamente.

    Salu2

  5. Ozzybulla:

    Los cálculos de los que se hablan pertenecen a los modelos de mundobrana, que son modelos fenomenológicos inspirados en teoría de cuerdas. En la(s) teoría(s) de cuerdas perturbativas hay 10 dimensiones (6 extra por tanto) como dices. Pero esas dimensiones están compactificadas (enrolladas sobre si mismas) en geometrías complejas y de un tamaño muy pequeño, del orden de la dimensión de Planck.

    Con la llegada de las dualidades, que relacionan las diversas teorías de cuerdas (o también podriá hablarse de diversos sectores de la teoria de cuerdas)entre sí, se vió que había otra teoría de cuerdas, no describirle perturbativamente, la teoría M, que tendría 11 dimensiones. La dimensión extra de la teoría M no tendría que estar necesariamente compactificada al tamaño de las otras y podría tener un tamaño mucho mayor que la longitud de Planck. Esa visión de la teoría M, y otros modelos fenomenologicos basados en la idea de que el universo observable sería un objeto no perturbativo que existe en teoría de cuerdas, una D4-brana (o algún otro tipo de brana en casos mas complejos, como la teoría F, otro sector de la teoría de cuerdas) llevaron a plantearse si el universo en que vivimos consiste en algún sector de la teoría de cuerdas en que alguna dimensión (o incluso varias) podrían tener un tamaño mucho mayor que la longitud de Planck. En esa dimensión sólo podría moverse la gravedad (los gravitones) y caso de ser así la intensidad de la gravedad seria mucho mayor a distancias cortas. Inspirados por esos escenarios se han hecho modelos fenomenológicos (relatividad general en 5 dimensiones con geometrías “warped” + teoría de campos en 4 dimensiones para el modelo standard). Esos “braneworlds” son muy ricos fenomenológicamente en muchos aspectos y son los que abren mas puertas a tener evidencias de la teoría de cuerdas en un futuro próximo/inmediato. Esta propuesta sería solamente una más. Eso sí, desde que empezaron a considerarse esos modelos se han ido haciendo mediciones que han ido acotando el valor (efectivo) posible para esas dimensiones extras desde tamaños cercanos al milímetro (que eran las cotas iniciales) a tamaños de milésimas de milímetro (o menos, no sé por donde estarán ahora las cotas).

    rscosa:

    La característica esencial de un agujero negro no es la singularidad sino el horizonte de sucesos. Matemáticamente se puede dar una definición rigurosa de lo que es un horizonte de sucesos (una hipersuperficie nula que admite un vector de killing en el caso más sencillo) que dan un significado preciso a la idea intuitiva de “zona de la que la luz no puede escapar”. El hecho de que en las soluciones de agujero negro más conocidas (y que representan los agujeros negros que uno esperaría encontrar en 4 dimensiones) haya una singularidad de la métrica no sé hasta que punto es algo genérico. En 5 dimensiones (de un tipo mas sencillo que los braneworlds dónde no se tiene una descripción matemática exacta de un agujero negro) existen soluciones que dan agujeros negros con formas no esféricas, por ejemplo agujeros negro toroidales. No he leído los detalles de esos agujeros negros y no sé si tendrán algún tipo de singularidad en la métrica. En cualquier caso obviamente, por simetrías, en un agujero negro toroidal la singularidad sería un círculo en el centro del toro, no un punto.

    P.S. Es una verdadera lata que le artículo no este en el arxiv (al menos yo no he sido capaz de encontrarlo).

  6. La curvatura de la luz por parte de un agujero negro puede ofrecer una prueba de las dimensiones extra…

    Un estudio revela que la luz debería parecer más brillante cuando pasa por una lente gravitacional si el universo tiene dimensiones extras. Según los cálculos a principio del 2018 podremos salir de dudas….

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