La luz de los agujeros negros distantes no monta ondas de espuma cuántica

La luz de los agujeros negros distantes no monta ondas de espuma cuántica

Seis cuásares vistos por el Observatorio de rayos X Chandra, que imponen los límites más estrictos a los efectos de la espuma cuántica, que se muestran en el panel inferior imaginados por un artista.

Seis cuásares vistos por el Observatorio de rayos X Chandra, que imponen los límites más estrictos a los efectos de la espuma cuántica, que se muestran en el panel inferior imaginados por un artista.

La gravedad cuántica es notoriamente resbaladiza. Aunque el Modelo Estándar describe con éxito tres fuerzas de la naturaleza, no incluye la gravedad, por lo que la gravedad todavía no tiene una teoría cuántica coherente. Para empeorar las cosas, la gravedad es tan débil que es difícil comprender los tipos de energías donde aparecerían pequeños efectos cuánticos. Cependant, certains chercheurs prédisent que ces minuscules effets pourraient s’accumuler sur des distances cosmologiques : la lumière provenant de quasars lointains serait modifiée par la «mousse quantique» de l’espace-temps, produisant des images floues dans nos télescopes, voire faisant disparaître los objetos.

Un nuevo informe de ES Perlman y sus colegas examina la hipótesis de la desaparición utilizando datos de rayos gamma de los cuásares. En particular, investigaron una posibilidad sugerida por el principio holográfico, la idea de que toda la información en el cosmos puede codificarse en el límite bidimensional que lo encierra. Desafortunadamente para los fanáticos de la espuma cuántica, los datos de rayos gamma no mostraron desvanecimientos ni desenfoques medibles de los cuásares.

Como señalan los autores, estos resultados no excluyen nada general sobre la gravedad cuántica, la espuma cuántica o el principio holográfico. Pero proporcionan la restricción más estricta hasta ahora sobre los efectos acumulativos de la espuma cuántica en la luz que viaja a través del Universo.

Nuestra teoría actual de la gravedad es la relatividad general, que es una teoría «clásica» (es decir, «no cuántica»). Bajo la relatividad, la estructura del espacio-tiempo permanece uniforme en todas las escalas de longitud, desde el cosmos completo hasta las distancias subatómicas. Sin embargo, la mecánica cuántica sugiere que en la escala de la longitud de Planck (1,6 × 10-35 metros), deberían desencadenarse efectos cuánticos. Las teorías no están de acuerdo exactamente Qué estos efectos podrían ser sin embargo. La hipótesis de la «espuma cuántica», por ejemplo, predice que el espacio-tiempo se convierte en una espuma caótica en la longitud de Planck.

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La longitud de Planck es demasiado pequeña para sondear directamente. Pero a medida que la luz viaja, la espuma cuántica cambiaría aleatoriamente la ubicación de sus picos y valles, lo que se denomina fase luz. En largas distancias, la fase podría cambiar lo suficiente como para que la luz interfiera destructivamente consigo misma, borrando cualquier imagen que captemos en la Tierra o incluso cancelando por completo la luz de un objeto distante. La cantidad de cambio de fase depende de la versión particular de la espuma cuántica, pero la detección ninguna El retraso podría ser el primer indicio de la gravedad cuántica, lo que obligaría a todos los investigadores en el campo a mojarse los pantalones simultáneamente.

Una versión particular de la espuma cuántica proviene del principio holográfico, un concepto nacido del estudio de los agujeros negros. Como los objetos más ordinarios, los agujeros negros tienen volumen, ocupan espacio. A diferencia de la Tierra o las estrellas u otras cosas ordinarias, la información principal sobre su contenido se describe por su superficie. (Esa es una horrible simplificación excesiva, pero adelante). Por lo tanto, la información sobre el contenido de un volumen tridimensional está codificada en la superficie bidimensional que encierra ese volumen.

Es análogo a un holograma, que consiste en escanear un objeto tridimensional y convertirlo en una imagen bidimensional. (Otra horrible simplificación.) Algunos investigadores creen que lo que es cierto para los agujeros negros debería ser cierto para el Universo en general: la información necesaria para describir el Universo completo podría existir en la superficie bidimensional que lo encierra.

Esto podría tener un efecto significativo en la espuma cuántica.

Cualquiera que sea la versión de gravedad cuántica que uno prefiera, el cambio de fase causado por la espuma cuántica depende de la longitud de onda de la luz: las longitudes de onda más cortas están más cerca de la escala de longitud de las fluctuaciones. La longitud de onda corta significa rayos X y rayos gamma, que son más difíciles de observar para nosotros que las formas de luz menos energéticas. Afortunadamente, esta radiación de alta energía es producida en grandes cantidades por agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias activas, llamados cuásares y blazares. Como beneficio adicional, la mayoría de los cuásares y blazares están muy lejos de la Tierra: muchos están a miles de millones de años luz de distancia, lo que significa que su luz atravesaría una gran cantidad de espuma cuántica en el viaje a la Tierra. Esto los convierte en objetivos ideales para probar la hipótesis de la espuma cuántica.

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Los investigadores utilizaron datos del telescopio de rayos X en órbita Chandra, el observatorio de rayos gamma en órbita Fermi y el observatorio terrestre del Sistema de matriz de telescopios de imágenes de radiación muy energética (VERITAS) en Arizona. Tomaron muestras de varios cuásares y blazares, a distancias que van desde cientos de millones de años luz hasta casi 10 mil millones de años luz. Luego compararon el número y el brillo de estos agujeros negros supermasivos en rayos gamma y rayos X con lo que se ve en la luz visible. Si la espuma cuántica tuviera un gran efecto, debería haber menos cuásares o blazares en los datos de luz de alta energía que en los datos visibles, ya que la luz visible no se vería afectada de manera apreciable por las fluctuaciones cuánticas.

Dentro de los límites experimentales, los investigadores no encontraron diferencias en la cantidad de cuásares y blazares, lo que significa que no hay signos de efectos de gravedad cuántica. Sus datos colocaron un límite superior en el tamaño del cambio de fase debido a la espuma cuántica.

Esto no descarta ni el principio holográfico ni la espuma cuántica (la versión original y más simple de la espuma cuántica es esencialmente indetectable, por ejemplo), pero elimina algunas posibles versiones de estas ideas. Como señalan los autores del estudio, una predicción más detallada del principio holográfico podría permitir fluctuaciones más sutiles. Sin embargo, esto significa que, al igual que la propia gravedad cuántica, la espuma cuántica sigue siendo una mancha escurridiza.

Diario astrofísico2015. DOI: 10.1088/0004-637X/805/1/10 (Acerca de los DOI).

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