El 17 de agosto de 2017 tuvo lugar un acontecimiento histórico. Por primera vez, varios observatorios de todo el mundo detectaron de manera simultánea las ondas gravitacionales y la radiación electromagnética provenientes de un mismo fenómeno astrofísico. El suceso en cuestión fue una colisión de estrellas de neutrones ocurrida en una galaxia lejana, a unos 130 millones de años luz de la Tierra. A pesar de la gran distancia recorrida, ambas señales, la gravitatoria y la electromagnética, llegaron a nuestro planeta casi al mismo tiempo, con poco menos de dos segundos de diferencia. Aquello confirmaba con una precisión asombrosa una predicción clave de la teoría de la relatividad general de Einstein: que las ondas gravitacionales viajan a la misma velocidad que la luz. Por simple que parezca, este resultado permite abordar desde una nueva perspectiva uno de los mayores problemas a los que se enfrenta la cosmología moderna: desentrañar la naturaleza de la energía oscura, el misterioso agente responsable de la expansión acelerada del universo.
En los últimos años, los intentos por explicar la energía oscura han llevado a la formulación de varias teorías de la gravedad alternativas a la de Einstein. En muchas de ellas, la luz y la radiación gravitatoria no se propagan a la misma velocidad, por lo que el evento registrado en 2017 nos ha permitido descartarlas. En un trabajo publicado a finales del año pasado en Physical Review Letters, José María Ezquiaga, del Instituto de Física Teórica de Madrid, y el autor de este artículo analizamos con detalle qué clase de modelos quedaban invalidados tras el fenómeno observado en agosto de 2017. Como veremos, el conjunto de teorías que podrían dar cuenta de la energía oscura se ve drásticamente reducido, lo que indica la necesidad de nuevas ideas. Rayos y truenos cósmicos La gravedad es algo tan cotidiano resulta fácil olvidarla. No fue hasta 1686 cuando Newton entendió que la fuerza que nos mantiene unidos al suelo es también la responsable del movimiento de los planeta.
La teoría de Newton permite predecir eclipses, calcular la trayectoria de proyectiles o enviar robots a Marte. Pero a pesar de sus éxitos, en 1915 Einstein presentó una teoría de la gravedad que extendía la de Newton. Una de las consecuencias más importantes de la teoría de Einstein es que el universo no es estático, sino que se expande con el paso del tiempo. Desde hace unas décadas, sabemos que las formas de materia y energía que conocemos (los átomos, la luz y ciertas partículas, como los neutrinos) tan solo representan el 5 por ciento de la energía total del cosmos. El resto corresponde a la materia oscura (el 25 por ciento) y a la energía oscura (70 por ciento), dos componentes de los que solo conocemos su abundancia y algunas propiedades básicas. En concreto, la energía oscura ejerce un efecto repulsivo (contrario al de la gravedad) que hace que, en contra de lo esperado, la expansión del universo proceda cada vez más rápido.
Hasta hace muy poco, la observación del cosmos se había basado exclusivamente en la detección de radiación electromagnética. En 2015, sin embargo, nuestra imagen del universo comenzó a completarse gracias a un nuevo tipo de fenómeno: las ondas gravitacionales. Detectadas por primera vez por el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO), en EE.UU., estas señales consisten en pequeñas distorsiones del espacio tiempo que se propagan en forma de ondas. Se generan en grandes cantidades en ciertos procesos astrofísicos violentos, como las colisiones de agujeros negros o de estrellas de neutrones. Hasta el año pasado, todas las ondas gravitacionales detectadas procedían de procesos de fusión de agujeros negros. Dado que estos objetos no dejan escapar la luz, tales eventos no se vieron acompañados de ninguna señal electromagnética.
A modo de metáfora, podemos decir que habíamos oído los truenos de una tormenta pero sin ver ningún rayo. Las estrellas de neutrones, sin embargo, sí emiten luz. Durante el fenómeno registrado en agosto de 2017, bautizado como GW170817 por la fecha en que se detectó, se observó, además de la se-ñal gravitatoria, una explosión en todo el espectro electromagnético, desde los rayos gamma hasta las ondas de radio. Al disponer de ambas señales, el «rayo» y el «trueno», fue posible calcular por primera vez su velocidad relativa. Tras un viaje de 130 millones de años desde la galaxia de origen, ambas llegaron con 1,7 segundos de diferencia. Para que ambas señales coincidan en un intervalo de pocos segundos (un retraso que puede explicarse con facilidad a partir del mecanismo que desencadena la explosión), la diferencia de velocidades no pueden ser mayor que una parte en mil billones. Esta cifra se halla en perfecto acuerdo con la teoría de Einstein, según la cual las ondas gravitacionales viajan exactamente a la velocidad de la luz. No obstante, esta igualdad se rompe en otras teorías de la gravedad, algunas de las cuales podrían explicar la expansión acelerada del universo.
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