El descubrimiento reciente de dos galaxias parecidas ha conducido a físicos un paso más cerca hacia el encuentro de la última teoría de todo, dice Marcus Chown

The Independent.02 de Marzo de 2005

El listón de energía de Star Trek

¿Podrían dos galaxias parecidas, separadas apenas un pelo en el cielo nocturno, anunciar una revolución en nuestra comprensión de la física fundamental?. Algunos físicos creen que las dos galaxias son la misma –su imagen ha sido dividida en dos, mantienen, por una " cuerda cósmica"; una Falla de San Andrés en el tejido mismo del espacio y el tiempo.

Si esta interpretación es correcta, entonces CSL-1 –el nombre de la curiosa galaxia doble—es la primera evidencia concreta para la "teoría de las supercuerdas": la mejor candidata para una "teoría del todo", que intenta encapsular todos los fenómenos de la naturaleza en un elegante paquete de ecuaciones.

La teoría de las supercuerdas ve los bloques de construcción fundamentales de toda la materia – los electrones y quarks que constituyen los átomos de nuestro cuerpo – como trozos ultra diminutos de "cuerda" vibrante. Y, del mismo modo que diferentes vibraciones de una cuerda de violín corresponden a diferentes notas musicales, vibraciones diferentes de esta cuerda fundamental corresponden a partículas fundamentales diferentes. El problema con la teoría de cuerdas es que las cuerdas son fantásticamente más pequeñas que los átomos y, por tanto, imposibles de detectar en ningún experimento de laboratorio concebible. Pero recientemente, los físicos comprendieron que las condiciones extremas que existieron en el universo primitivo podrían haber engendrado cuerdas extremadamente grandes. Es una de estas "supercuerdas cósmicas" lo que algunos creen que esta pasando entre la Tierra y CSL-1, y, en el proceso, creando la curiosa imagen doble de la galaxia.

La comprensión de que las grandes cuerdas son posibles ha venido de la exploración de las implicaciones más esotéricas de la teoría. Por ejemplo, la única forma en que las cuerdas pueden vibrar de suficientes modos diferentes para imitar a todas las partículas fundamentales conocidas, es si las cuerdas vibran en un espacio-tiempo de 10 dimensiones. Dado que parecemos vivir en un universo con sólo cuatro dimensiones – tres de espacio y una de tiempo – los teóricos de cuerdas han estado obligados a postular la existencia de seis dimensiones espaciales extra "enrolladas", tan pequeñas que las hemos pasado por alto.

La existencia de las dimensiones extra abre la posibilidad de objetos más complejos. Además de las cuerdas, que se extienden en una única dimensión, es posible tener objetos con dos, tres o más dimensiones. Éstas son las membranas dando lugar a la posibilidad de que nuestro universo sea una tri-brana – una "isla" tridimensional, a la deriva en un espacio de 10 dimensiones. Y, si es así, puede no estar sólo. Algunos han sugerido que el big bang fue causado cuando otra brana colisionó con la nuestra hace 13.700 millones de años [Ver "Highly strung" (Altamente ensartado), The Independent, 7 de Julio de 2004].

Crucialmente, una colisión entre branas crea cuerdas –tanto dentro de cada brana como un tipo de espaguetis conectando las branas. Y éstas puede ser dilatadas hasta dimensiones cósmicas para dar lugar a las supercuerdas cósmicas. "Las cuerdas cósmicas resultan ser bastante inevitables en el guión de las branas", dice Tom Kibble del Colegio Imperial (Imperial College) en Londres.

Las supercuerdas cósmicas estarían bajo una enorme tensión, como una falla geológica en la corteza terrestre. Pero, siendo libres para moverse, podrían intentar aflojar esa tensión mediante azotes a través del espacio a casi la velocidad de la luz. Pero su propiedad más interesante es el efecto que tienen en sus entornos. "Una cuerda distorsiona el espacio que la rodea de una forma muy característica", dice Kibble.

Una forma de visualizar esto es imaginar una cuerda surgiendo a través de esta página. Imagine recortar del papel un triángulo estrecho cuyo vértice esté en la cuerda, después pegar el papel sobre si mismo. El resultado será un cono centrado en la cuerda. A causa de esta distorsión del espacio, si una cuerda pasa entre nosotros y una galaxia distante – una gigante colección de estrellas como nuestra Vía Láctea – la luz de la galaxia puede llegar a la Tierra por dos caminos posibles: uno en cada cara de la cuerda. Consecuentemente, habrá dos imágenes idénticas de la galaxia separadas sólo por un pelo – que es exactamente lo visto en el caso de CSL-1.

CSL-1

CSL-1 fue descubierta por un equipo dirigido por Mikhail Sazhin del Observatorio Astronómico de Capodimonte en Nápoles y el Instituto Astronómico Sternberg en Moscú. La bautizaron Capodimonte-Sternberg Lens Candidate 1, que es de donde viene CSL-1. "A mi me parece la firma de una cuerda", dice Kibble. "Sin embargo, siempre es posible que estemos viendo dos galaxias que solamente son sorprendentemente similares". Este es el punto de vista de los escépticos. "CSL-1 es más como sólo un par de galaxias que están juntas en el cielo", dice Abraham Loeb del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian. "Conocemos muchos pares de galaxias cercanas en el universo local, incluyendo nuestra propia Vía Láctea y Andrómeda". Pero otros mantienen sus dedos cruzados para que Loeb se equivoque. "Espero que la naturaleza no habrá jugado tal truco con nosotros", dice Tanmay Vachaspati de la Case Western Reserve University, en Ohio.

Prof. Mikhail Sazhin

Si CSL –1 fuera la única prueba para una supercuerda cósmica podría ser fácil darle carpetazo. Pero no lo es. Está también el "doble quasar" Q0957+561A,B. Descubierto en Jodrell Bank, junto a Manchester en 1979, las dos imágenes de una galaxia superbrillante, o quasar, son conformadas por una galaxia situada entre el quasar y la Tierra. La gravedad de la galaxia intermedia comba la luz del quasar de modo que éste sigue dos caminos distintos hasta la Tierra, creando dos imágenes de brillo diferente. Crucialmente, los dos caminos de la luz son de diferentes longitudes y por tanto la luz tarda un tiempo diferente en recorrer cada uno. De hecho, los astrónomos encuentran que cuando una imagen brilla, la otra imagen brilla 417,1 días más tarde.

Pero esto no es lo encontrado por un equipo de astrónomos de los EE.UU. y Ucrania, dirigidos por Rudolph Schild del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian. Cuando estudiaron las dos imágenes, notaron que, entre septiembre de 1994 y Julio de 1995, las dos imágenes brillaban y se desvanecían al mismo tiempo – sin retraso de tiempo. Las dos imágenes lo hicieron así cuatro veces, en cada ocasión por un periodo de unos 100 días.

La única forma en que Schild y sus colegas pueden entender este comportamiento es si, entre Septiembre de 1994 y Julio de 1995, algo se moviese a través de nuestra línea de visión hacia el quasar, simultáneamente afectando a la luz que viene por ambos caminos hasta la Tierra. La única cosa que encaja, proclaman, es un bucle vibrante de cuerda cósmica atravesando la línea de visión a aproximadamente el 70 por ciento de la velocidad de la luz. Para oscilar una vez cada 100 días más o menos, el bucle tiene que ser muy pequeño –no mayor que el 1 por ciento de la distancia entre el Sol y la estrella más cercana. Y Schild y sus colegas calculan que la cuerda puede estar notablemente cercana a nosotros –incluso dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Muchos físicos permanecen escépticos sobre la evidencia de supercuerdas cósmicas. Para reforzar el caso, será necesario encontrar más candidatos como CSL-1 y Q0957+561A,B. Alternativamente, será necesario detectar las "ondas gravitacionales" procedentes de una cuerda. Éstas son ondulaciones en el tejido del espacio, muy parecidas a las ondas que se extienden en una charca por el impacto de las gotas de lluvia.

Las cuerdas están viajando muy deprisa. Si se produce una torsión en ellas, es posible que esa parte de la cuerda se ondule como un látigo. La parte que produce la ondulación viaja a casi la velocidad de la luz y produciría una intensa rotura de las ondas gravitacionales. Como apuntó primero Thibault Damour del Instituto de Altos Estudios Científicos en París y Alex Vilenkin del Instituto Tufts de Cosmología en los EE.UU., dichas señales podrían ser detectadas en los próximos años por el detector europeo Virgo o el americano Observatorio de Interferometría Láser de Onda Gravitacional (Laser Interferometric Gravitational-Wave Observatory).

La teoría de cuerdas ha sido ampliamente criticada como aquella que hace predicciones no observables sobre el universo en que vivimos. Si el descubrimiento de supercuerdas cósmicas se mantiene, la teoría puede ser finalmente conectada con la realidad y las críticas pueden por fin ser silenciadas.

Marcus Chown es el autor de 'The Universe Next Door' (Headline)

Traducción de Francisco M. Pulido Pastor

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