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Las ondas gravitacionales dejan efectos posteriores en el Universo


Las ondas gravitacionales son olas en el espacio-tiempo causadas por algunos de los procesos más violentos y energéticos del Universo. Albert Einstein predijo la existencia de ondas gravitacionales en 1916 en su teoría general de la relatividad. Una nueva investigación muestra que esas olas dejan "recuerdos" en el espacio-tiempo que se podrían utilizar para detectar las ondas gravitacionales incluso después de que hayan pasado.

"Que las ondas gravitacionales puedan dejar cambios permanentes en un detector, después de que hayan pasado las ondas gravitacionales, es una de las predicciones bastante inusuales de la relatividad general", dijo Alexander Grant, doctorando en el Departamento de Física de la Universidad de Cornell.

Los físicos han sabido durante mucho tiempo que las ondas gravitacionales dejan un recuerdo en las partículas a lo largo de su camino, y han identificado cinco de esos recuerdos.

El descubrimiento
Alexander Grant y sus colegas de investigación ahora han encontrado tres efectos secundarios más, causados por el paso de una onda gravitacional, "Observables Ondas Gravitacionales Persistentes", que algún día podrían ayudar a identificar las ondas que pasan por el Universo.

"Cada nueva onda observable proporciona diferentes formas de confirmar la teoría de la relatividad general y ofrece información sobre las propiedades intrínsecas de las ondas gravitacionales", dijo Grant.

Esas propiedades podrían ayudar a extraer información de la Radiación de Fondo Cósmico, la radiación sobrante del Big Bang.

"No anticipamos la riqueza y diversidad de lo que se podía observar", dijo la profesora Éanna Flanagan, también de la Universidad de Cornell.

El estudio
El equipo identificó tres onda observables que muestran los efectos de las ondas gravitacionales en una región plana en el espacio-tiempo que experimenta un estallido de ondas gravitacionales, después de lo cual vuelve a ser una región plana.

El primer observable, "desviación de curva", consiste en cuánto se separan entre sí dos observadores que aceleran, en comparación con cómo los observadores con las mismas aceleraciones se separarían entre sí en un espacio plano no perturbado por una onda gravitacional.

El segundo observable, "holonomía", se obtiene al transportar información sobre el momento lineal y angular de una partícula, a lo largo de dos curvas diferentes, a través de las ondas gravitacionales, y comparando los dos resultados diferentes.

El tercero analiza cómo las ondas gravitacionales afectan el desplazamiento relativo de dos partículas cuando una de las partículas tiene un giro intrínseco.

Cada uno de estos observables está definido por los físicos de una manera que podría ser medido por un detector.

"Los procedimientos para la detección de la desviación de la curva y las partículas giratorias, son relativamente sencillos de realizar, y requieren solo un medio para medir la separación y para que los observadores puedan realizar un seguimiento de sus respectivas aceleraciones", dijeron los físicos.

"Detectar la holonomía observable sería más difícil, ya que se requiere que dos observadores midan la curvatura local del espacio-tiempo (posiblemente llevando consigo detectores de ondas gravitacionales pequeños)".

Conclusiones
"Dado el tamaño necesario para que el Observatorio de Detección de Ondas Gravitatorias de la NSF detecte incluso una sola onda gravitacional, la capacidad para detectar observables de holonomía está fuera del alcance de la ciencia actual".

"Pero ya hemos visto muchas cosas emocionantes con las ondas gravitacionales, y veremos muchas más. Incluso hay planes para poner un detector de ondas gravitacionales en el espacio que sería más sensible a diferentes fuentes que LIGO", dijo Éanna Flanagan.

Referencia del documento científico:
Éanna É. Flanagan et al. 2019. Observables ondas gravitacionales persistentes: marco general. Fis. Rev. D 99 (8): 084044; doi: 10.1103 / PhysRevD.99.084044

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