El observatorio Chandra, de rayos X, ha sido usado para poner a prueba la teoría de cuerdas. Es una de las teorías más interesantes de las últimas décadas porque, de funcionar, permitiría unificar el mundo de lo muy grande y lo muy pequeño. Sería toda una revolución…
El observatorio Chandra pone a prueba la teoría de cuerdas
La teoría de cuerdas es una posible herramienta para unificar el mundo de lo muy grande, donde domina la gravedad, y el mundo de lo muy pequeño, donde dominan el resto de interacciones fundamentales. De todas las posibles teorías del todo, estamos ante la más popular. De hecho, cuenta con diferentes versiones y ha ido evolucionando a lo largo de los años. Pero, a pesar de esto, al igual que el resto de posibles teorías del todo, ha habido muy pocas pruebas experimentales. Pocas oportunidades para comprobarla.
Ahora, un grupo de astrónomos ha recurrido al observatorio de rayos X, Chandra, para poner a prueba la teoría de cuerdas. Es un gran paso para comprobar si, realmente, estamos ante un posible descubrimiento que sería revolucionario para el mundo de la física y nuestra comprensión del universo. Para ello, han recurrido a la observación de cúmulos de galaxias, las estructuras más grandes del universo que están unidas por su propia gravedad. Los investigadores buscaban una partícula muy concreta.
Una que, en teoría, debería existir según la teoría de cuerdas. Aunque no se ha detectado, no quiere decir que toda la teoría de cuerdas haya quedado descartada, pero sí supone un golpe muy serio a todo este conjunto de ideas que, desde hace décadas, ha sido extremadamente popular. La astronomía de rayos X podría ayudar a desentrañar una de las ideas más interesantes y complejas de los últimos tiempos. Pero las observaciones del telescopio Chandra parecen traer malas noticias para los fans de la teoría de cuerdas…
En busca del elusivo axion
La partícula que buscan los investigadores es, concretamente, un axión. Son partículas que, de existir, deberían tener una cantidad de masa tremendamente abaja. Aunque no se sabe exactamente cuál sería la cifra, se espera que sea desde una masa un millón de veces inferior a la de un electrón a, directamente, cero. Algunos científicos creen que esos axiones podrían explicar qué es la materia oscura. Su presencia es totalmente necesaria para entender por qué una galaxia se mantiene unida por sí misma.
Estas partículas, de existir, tendrían una propiedad muy poco frecuente. En ciertas condiciones, podrían convertirse en fotones, al pasar a través de campos magnéticos. Del mismo modo, también podría suceder a la inversa. Es decir, un fotón que atravesase un campo magnético podría, en ciertas condiciones, convertirse en un axión. Con qué frecuencia sucediese dependerían de la facilidad para que suceda esa conversión. Es decir, su convertibilidad, un concepto que en este caso será muy útil.
Porque algunos investigadores han planteado que podría haber un grupo de partículas, más amplio, con propiedades similares a la de los axiones. En este escenario, los axiones tendrían un único valor de convertibilidad en cada masa posible. Las partículas similares a los axiones, sin embargo, tendrían un rango de convertibilidad, en esas mismas cifras de masa, en lugar de un único valor. Todo esto nos lleva, finalmente, de vuelta a los cúmulos de galaxias y su utilidad para detectar esos posibles axiones.
Por qué Chandra y los cúmulos de galaxias sirven como prueba de la teoría de cuerdas
Los cúmulos de galaxias son estructuras gigantescas que contienen campos magnéticos enormes. Se expanden a lo largo de distancias enormes y, además, suelen tener fuentes de emisión muy brillantes en el espectro de rayos X. Por ello, según explican los investigadores, la conversión de una partícula similar a un axión debería ser posible. Así que, con todo esto en mente, recurrieron a los datos del observatorio Chandra, a lo largo de cinco días, en busca de datos que pudiesen ser una prueba de la teoría de cuerdas.
Esos datos muestran, básicamente, los rayos X producidos por la caída de material hacia el agujero negro supermasivo en el centro del cúmulo de galaxias de Perseo. Analizaron el espectro de Chandra, la cantidad de rayos X emitida con diferentes energías, en esa fuente. Su observación permitió obtener un espectro con una sensibilidad muy alta. Suficiente para mostrar posibles distorsiones. Deberían existir si es que realmente hubiese partículas como los axiones. Sin embargo, no se pudo detectar distorsión alguna.
Por lo que se puede descartar, en vista de estos resultados, la mayor parte de las posibles partículas similares a un axión. Además, hasta un rango de masas inferior a una millonésima parte de la milmillonésima de la masa de un electrón. No permite descartar su existencia por completo pero, sin duda, supone un varapalo serio. A fin de cuentas, nos encontramos ante otra prueba que no parece apuntar en favor de la teoría de cuerdas. Aunque parece que todavía queda algún resquicio para dar con una posible solución.
Una prueba más potente que las anteriores
Para el mundo de la teoría de cuerdas, los investigadores explican que podría ser incluso positivo. Porque sus observaciones permitirán, directamente, eliminar todas aquellas variantes que, según lo que planteen, no encajen con estas observaciones. Algo aun más importante si tenemos en cuenta que nos encontramos ante una observación muy potente. Era de tres a cuatro veces más sensible que la anterior búsqueda de partículas similares a axiones. En aquel caso también se utilizó el observatorio Chandra de rayos X.
El objetivo fue, además, el agujero negro supermasivo en la galaxia Messier 87. Fue noticia a principios de 2019, precisamente, por ser el primer agujero negro del que se obtiene una imagen. Las observaciones del cúmulo de galaxias de Perseo son, también, cien veces más potentes que las mediciones que se pueden llevar a cabo, en los laboratorios de la Tierra, en el rango de masas que han tenido en cuenta. Todo esto tiene varias lecturas. La más evidente parece ser que, simplemente, los axiones no existen.
Sin embargo, puede que sí que estén ahí, y que tengan todavía menos masa de lo que se pensaba (y ha observado), y que su valor de convertibilidad sea inferior a lo que Chandra puede detectar. También podría darse el caso de que, por el contrario, tengan una masa más alta que la que el observatorio ha medido. Es decir, no supone un estacazo definitivo a la teoría de cuerdas. Sin embargo, no parece descabellado decir que estamos ante un jarro de agua fría para una de las teorías más populares de los últimos tiempos…
Estudio
El estudio es C. Reynolds, M. Marsh, H. Russell et al.; «Astrophysical limits on very light axion-like particles from Chandra grating spectroscopy of NGC 1275». Publicado en la revista The Astrophysical Journal el 12 de febrero de 2020. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
