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lunes, diciembre 5, 2022
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‘Uno de los mayores malditos misterios de la física’: la prueba astronómica de electromagnetismo más precisa hasta el momento

Hay un problema incómodo y molesto con nuestra comprensión de las leyes de la naturaleza que los físicos han estado tratando de explicar durante décadas. Se trata del electromagnetismo, la ley de cómo interactúan los átomos y la luz, que explica todo, desde por qué no te caes al suelo hasta por qué el cielo es azul.

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Podría decirse que nuestra teoría del electromagnetismo es la mejor teoría física que los humanos hayan hecho jamás, pero no tiene respuesta de por qué el electromagnetismo es tan fuerte como lo es. Solo los experimentos pueden decirte la fuerza del electromagnetismo, que se mide por un número llamado α (también conocido como alfa, o la constante de estructura fina).

El físico estadounidense Richard Feynman, quien ayudó a desarrollar la teoría, llamó a esto «uno de los más grandes malditos misterios de la física» e instó a los físicos a «poner este número en su pared y preocuparse por eso».

El arco iris del sol: la luz del sol se distribuye aquí en filas separadas, cada una de las cuales cubre solo una pequeña gama de colores, para revelar las muchas líneas oscuras de absorción de los átomos en la atmósfera del Sol. Crédito: NA Sharp / KPNO / NOIRLab / NSO / NSF / AURA, CC BY
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En una investigación recién publicada en Science, decidimos probar si α es el mismo en diferentes lugares dentro de nuestra galaxia mediante el estudio de estrellas que son gemelas casi idénticas de nuestro sol. Si α es diferente en diferentes lugares, podría ayudarnos a encontrar la teoría definitiva, no solo del electromagnetismo, sino de todas las leyes de la naturaleza juntas: la «teoría de todo».

Queremos romper nuestra teoría favorita

Los físicos realmente quieren una cosa: una situación en la que se rompa nuestra comprensión actual de la física. Nueva física. Una señal que no puede ser explicada por las teorías actuales. Un poste indicador para la teoría del todo.

Para encontrarlo, podrían esperar en las profundidades de una mina de oro hasta que partículas de materia oscura colisionen con un cristal especial. O podrían cuidar cuidadosamente los mejores relojes atómicos del mundo durante años para ver si marcan una hora ligeramente diferente. O aplastar protones a (casi) la velocidad de la luz en el anillo de 27 km del Gran Colisionador de Hadrones.

El problema es que es difícil saber dónde buscar. Nuestras teorías actuales no pueden guiarnos.

Por supuesto, buscamos en los laboratorios de la Tierra, donde es más fácil buscar a fondo y con mayor precisión. Pero eso es un poco como el borracho que solo busca sus llaves perdidas debajo de un poste de luz cuando, en realidad, podría haberlas perdido al otro lado de la carretera, en algún lugar oscuro.

El gas más caliente y más frío que burbujea a través de las atmósferas turbulentas de las estrellas dificulta la comparación de las líneas de absorción en las estrellas con las observadas en los experimentos de laboratorio. Crédito: NSO / AURA / NSF, CC POR
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Las estrellas son terribles, pero a veces terriblemente similares.

Decidimos mirar más allá de la Tierra, más allá de nuestro sistema solar, para ver si las estrellas que son gemelas casi idénticas de nuestro sol producen el mismo arco iris de colores. Los átomos en las atmósferas de las estrellas absorben parte de la luz que sale de los hornos nucleares en sus núcleos.

Solo se absorben ciertos colores, dejando líneas oscuras en el arcoíris. Esos colores absorbidos están determinados por α, por lo que medir las líneas oscuras con mucho cuidado también nos permite medir α.

El problema es que las atmósferas de las estrellas se mueven (hirviendo, girando, girando, eructando) y esto cambia las líneas. Los cambios arruinan cualquier comparación con las mismas líneas en los laboratorios de la Tierra y, por lo tanto, cualquier posibilidad de medir α. Las estrellas, al parecer, son lugares terribles para probar el electromagnetismo.

Pero nos preguntamos: si encuentra estrellas que son muy similares, gemelas entre sí, tal vez sus colores oscuros y absorbidos también sean similares. Entonces, en lugar de comparar estrellas con laboratorios en la Tierra, comparamos gemelos de nuestro sol entre sí.

Una nueva prueba con gemelos solares

Nuestro equipo de investigadores estudiantes, posdoctorales y senior, en la Universidad Tecnológica de Swinburne y la Universidad de Nueva Gales del Sur, midió el espacio entre pares de líneas de absorción en nuestro sol y 16 «gemelos solares», estrellas casi indistinguibles de nuestro Sol.

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Los arco iris de estas estrellas se observaron en el telescopio del Observatorio Europeo Austral (ESO) de 3,6 metros en Chile. Si bien no es el telescopio más grande del mundo, la luz que recolecta se alimenta probablemente al espectrógrafo mejor controlado y entendido: HARPS. Esto separa la luz en sus colores, revelando el patrón detallado de líneas oscuras.

El telescopio de 3,6 metros de ESO en Chile pasa gran parte de su tiempo observando estrellas similares al Sol para buscar planetas utilizando su espectrógrafo de extrema precisión, HARPS. Crédito: Iztok Bončina / ESO, CC BY

HARPS pasa gran parte de su tiempo observando estrellas similares al sol para buscar planetas. Convenientemente, esto proporcionó un tesoro de exactamente los datos que necesitábamos.

A partir de estos exquisitos espectros, hemos demostrado que α era el mismo en los 17 gemelos solares con una precisión asombrosa: solo 50 partes por billón. Eso es como comparar tu altura con la circunferencia de la Tierra. Es la prueba astronómica de α más precisa jamás realizada.

Desafortunadamente, nuestras nuevas medidas no rompieron nuestra teoría favorita. Pero las estrellas que hemos estudiado están relativamente cerca, a solo 160 años luz de distancia.

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¿Que sigue?

Recientemente hemos identificado nuevos gemelos solares mucho más lejos, a medio camino del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

En esta región, debería haber una concentración mucho mayor de materia oscura, una sustancia escurridiza que los astrónomos creen que acecha por toda la galaxia y más allá. Al igual que α, sabemos muy poco sobre la materia oscura, y algunos físicos teóricos sugieren que las partes internas de nuestra galaxia podrían ser solo el rincón oscuro en el que deberíamos buscar conexiones entre estos dos «malditos misterios de la física».

Si podemos observar estos soles mucho más distantes con los telescopios ópticos más grandes, tal vez encontremos las claves del universo.

Con información de Science

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Skycr_editorhttps://hdavila.com/
Homer Dávila. Máster en geología. Miembro de la International Meteor Organization. Astronomía, radioastronomía, cosmología y ciencia planetaria.
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