Nuevas pistas sobre las dimensiones extra del Universo

Investigadores 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.



ELa 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.
l 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.