gravedad modificada

Un rayo de luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se curva a su alrededor, como un corredor que dobla la esquina del estadio. Para una estrella de neutrones, ese ángulo de desviación suele considerarse igual al de una masa puntual.

Cuando los planetas giran alrededor del Sol, no solo siguen sus órbitas: también se atraen ligeramente entre sí. Es como un baile en el que cada pareja siente el movimiento de los demás. Los científicos decidieron averiguar cuánto cambia esta atracción mutua las trayectorias de los planetas. Resulta que hay pequeñas correcciones que antes no se tenían en cuenta.

El velocímetro de una galaxia se dispara. Las estrellas exteriores giran tan rápido que, según todas las leyes de la gravedad, deberían salir despedidas, como salpicaduras de una rueda.

Si uno mira fijamente por la ventana nocturna, tarde o temprano se topa con la negrura tras la cual no se ve nada. No es solo una valla lejana: es el borde del universo accesible, el horizonte cósmico. La luz de estrellas más distantes simplemente no ha tenido tiempo de llegarnos.

Un armazón invisible mantiene unidas las galaxias, impidiendo que se dispersen. Es la materia oscura, una sustancia que no brilla y casi no interactúa con la materia ordinaria. Los astrofísicos llevan tiempo debatiendo de qué está hecha.

El modelo estándar cosmológico se parece a una receta de pastel donde todo está estrictamente medido: la materia oscura es como harina sin grumos (presión cero), y la energía oscura es como un levadura perfecta (ecuación de estado estrictamente menos uno). Pero, ¿y si la harina está un poco húmeda y la levadura se ha vencido?

Una balanza que no pesa un cuerpo, sino el propio espacio que lo rodea. Así funcionan las ecuaciones de Einstein en la relatividad general: conectan la curvatura del espacio-tiempo con lo que hay en él. En el lado derecho de la ecuación —donde está la «materia»— se suele poner o bien la densidad de energía, o bien la presión.

En 2017, los detectores registraron una onda gravitacional proveniente de la colisión de dos estrellas de neutrones. 1,7 segundos después, los telescopios vieron un destello de estallido de rayos gamma desde el mismo punto. Ese pequeño retraso se convirtió en un tesoro para los físicos.

En el vasto océano cósmico, la materia oscura se agrupa en grumos y filamentos, como el plancton en las corrientes. Pero si la gravedad no funciona exactamente como decía Einstein, estos patrones cambian, de forma sutil, como un leve oleaje provocado por un viento invisible.

En el vasto océano cósmico, la materia oscura se agrupa en grumos y filamentos, como el plancton en las corrientes. Pero si la gravedad no funciona exactamente como decía Einstein, estos patrones cambian, de forma sutil, como un leve oleaje provocado por un viento invisible.

Los cosmólogos se parecen a los cartógrafos, solo que en lugar de montañas y ríos, trazan en el mapa fuerzas invisibles. La energía oscura, que hace que el universo se expanda aceleradamente, sigue siendo un misterio. Una de las conjeturas es el modelo de «entrelazamiento gravitacional cinético» (KGB).

Una piedra cae en aguas tranquilas y se extienden círculos por la superficie. Algo parecido le ocurre a un agujero negro cuando algo cae en él o cuando se fusiona con otro. El agujero comienza a oscilar y esas oscilaciones se escapan al espacio en forma de ondas gravitacionales. Los astrofísicos llaman a este proceso el «tañido» del agujero negro.

El foco está en el monopolo, un cúmulo especial de campo no abeliano (un campo donde el orden de las operaciones altera el resultado), que recuerda a una carga magnética sin pareja.

El modelo estándar de la física de partículas es un catálogo de todos los ladrillos conocidos del universo: electrones, quarks y otros. Pero no dice nada sobre la materia oscura y no se lleva bien con la gravedad. El nuevo trabajo da un paso audaz: a cada ladrillo del catálogo se le añade su reflejo especular con rotación opuesta.

La gravedad es una fuerza asombrosamente débil. Un pequeño imán sostiene un clip desafiando la atracción de todo un planeta. Los físicos han buscado durante mucho tiempo la causa de esta debilidad, y una de las conjeturas nos lleva a dimensiones ocultas. Quizás la gravedad se 'extiende' por ellas, perdiendo fuerza en nuestro mundo tridimensional.

Dos galaxias — nuestra Vía Láctea y su compañera, la Gran Nube de Magallanes — giran lentamente una alrededor de la otra. Su atracción gravitacional sacude las lejanas afueras de la Vía Láctea, como una piedra lanzada a un estanque hace ondular el agua.

En agosto de 2019, los detectores LIGO y Virgo registraron una onda gravitacional procedente de la fusión de dos objetos compactos en un sistema de estrella binaria. Uno de ellos pesaba 23 masas solares, un agujero negro común. El otro, sin embargo, tenía entre 2.5 y 2.67 M⊙.

Una estrella de neutrones es una ciudad del tamaño de Manhattan que pesa como medio millón de Tierras. Una cucharadita de su materia pesaría más que el Everest. Y ahora, a esta esfera superdensa se le ha añadido algo invisible e inaprensible: partículas de materia oscura. Esto es exactamente lo que hicieron los físicos en una nueva investigación.

Cuando dos agujeros negros se fusionan en la lejanía, nos llega un temblor del espacio: las ondas gravitacionales. Normalmente se describen con las ecuaciones de Einstein, pero ¿y si en las distancias más diminutas la gravedad funcionara de otra manera?

Un rayo de luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se desvía: este es el efecto de lente gravitacional, conocido por las imágenes de galaxias lejanas. Los astrofísicos tomaron como base un agujero negro en rotación (el espacio-tiempo de Kerr) y añadieron una pequeña corrección a la forma en que se propaga la propia luz.

La gravedad no es solo la fuerza que nos mantiene en el suelo. A escala del universo, dirige a las galaxias, curva los rayos de luz y determina el destino de todo lo que existe. Hace cien años, Einstein la describió como la curvatura del espacio y el tiempo.

Dos patinadores en un lago congelado hasta el horizonte. Están tan lejos que sus siluetas se han reducido a puntos, y su atracción mutua es casi un concepto teológico. Según los preceptos de Newton, deberían girar en un vals especulativamente lento. Pero los telescopios ven otra cosa.

En las profundidades del cosmos, la gravedad domina el arte del camuflaje. Durante un cuarto de siglo, los astrofísicos han intentado desentrañar la naturaleza de la energía oscura, que hace que el Universo se expanda aceleradamente.

Una esfera de plomo cuelga sobre otra esfera de plomo. Según las leyes ordinarias de la gravedad, se atraen exactamente en vertical, a lo largo de la línea que une sus centros.

Gas incandescente, girando en espiral, cae sobre un objeto superdenso invisible. Tal disco se asemeja a un vórtice gigante, pero a menudo está inclinado: su eje no coincide con el eje de rotación del cuerpo central. La gravedad del objeto masivo hace que el disco se balancee ligeramente, como una peonza que pierde el equilibrio.

El mundo que nos rodea es tridimensional, pero quizá sea solo una apariencia. Algunas teorías admiten que el espacio contiene dimensiones adicionales, plegadas o estiradas de manera especial. Uno de esos modelos dibuja un universo de cinco dimensiones con una dimensión "diluida" (llamada dilatón lineal).

Un océano infinito donde cada ola lleva información sobre lo que ocurre en las profundidades. Así es, más o menos, nuestro universo según el principio holográfico: la física dentro de un volumen puede describirse mediante procesos en su frontera.

Las galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea parecen haber sobrevivido a una tormenta gravitacional. Sus cuerpos estelares están estirados, dispersos en colas de marea y calentados desde su interior.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo experimentó una expansión vertiginosa: la inflación. Como un globo que se infla no de manera uniforme, sino con pequeñas pulsaciones, se estiró miles de millones de veces en una fracción insignificante de segundo. Esas pulsaciones quedaron congeladas como ondulaciones de densidad.

En un mundo ordinario sin energía oscura, la masa de cualquier cuerpo es siempre positiva. Parece obvio: la masa positiva atrae, creando gravedad. Pero en el universo real existe la energía oscura, una fuerza misteriosa que hace que el cosmos se expanda cada vez más rápido.

Casi un siglo después de que Fritz Zwicky sospechara que algo andaba mal en el movimiento de las galaxias del cúmulo de Coma, y Vera Rubin midiera las velocidades estelares en los brazos espirales, la naturaleza de la materia oscura sigue siendo uno de los enigmas más acuciantes.

Una cucharadita de materia de una estrella de neutrones pesa como una montaña. Pero esta montaña podría tener un gemelo invisible. En el interior de una estrella de neutrones, la materia ordinaria está comprimida a densidades inimaginables. Allí, los protones y neutrones pueden disolverse en una sopa de quarks.

En el centro de muchas galaxias se esconden agujeros negros, regiones con una gravedad tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar de ellos. A su alrededor suelen orbitar estrellas, y a veces una de ellas es un púlsar, un faro cósmico que emite pulsos de radio estrictamente periódicos.

Un gran tanque subterráneo con xenón líquido espera un evento raro: el empujón de una partícula de materia oscura. Normalmente, la gravedad es demasiado débil para que ese empujón se note.

El universo tiene una velocidad a la que se expande, conocida como constante de Hubble. El problema es que los dos métodos más precisos para medirla dan números diferentes. Un método, que utiliza la luz primigenia del universo (la radiación cósmica de fondo), indica un valor.

El vacío no es tan vacío como parece. Si un observador se mueve con aceleración, el vacío a su alrededor se calienta: esto lo predijo William Unruh ya en los años 1970. El efecto es similar a la radiación de un agujero negro, pero en un espacio plano.

El Universo se comporta como una burbuja de jabón que se infla en una espuma multidimensional. El modelo de la burbuja oscura explica por qué se expande cada vez más rápido: la burbuja del espacio-tiempo crece y su membrana adquiere un grosor diminuto, de aproximadamente una micra, como el de una bacteria.

Un rayo de linterna se aleja en la oscuridad en línea recta: así solemos pensar en la luz. Pero cerca de un cuerpo masivo, una estrella o un agujero negro, el espacio está curvado, y el rayo se dobla suavemente, como si lo guiara una mano invisible.

Lanza una piedrecita a un estanque y verás círculos expandirse por el agua. De manera similar, un cuerpo masivo que orbita un agujero negro perturba el tejido del espacio-tiempo, generando ondas gravitacionales. Pero, ¿y si el estanque no fuera plano, sino que tuviera pliegues ocultos, dimensiones adicionales invisibles al ojo?

Nuestro universo no solo se expande: lo hace cada vez más rápido. Es como una masa con pasas en el horno: las pasas se alejan unas de otras, y cuanto más lejos ya han volado, más rápido continúan separándose. La extraña fuerza que empuja el cosmos recibió el nombre de energía oscura.