01/Jun/06

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Científicos preveen cómo detectar una cuarta dimensión espacial

Científicos de las universidades de Duke y Rutgers han desarrollado un esquema matemático que dicen capacitará a los astrónomos para probar una nueva teoría penta-dimensional de la gravedad que rivaliza con la Teoría General de la Relatividad de Einstein.

(Astroseti) - Charles R. Keeton, de Rutgers, y Arlie O. Petters, de Duke, basan su obra en una reciente teoría llamada el modelo de gravedad del universo-membrana tipo II de Randall-Sundrum. La teoría sostiene que el universo visible es una membrana (por lo tanto "universo-membrana" o "mundo-brana") sumergida en un universo más grande, de forma parecida a una hebra de alga transparente flotando en el océano. El "universo-membrana" tiene cinco dimensiones —cuatro espaciales más el tiempo—, en comparación con las cuatro dimensiones —tres espaciales, más el tiempo— presentadas en la Teoría General de la Relatividad.

El esquema que Keeton y Petters desarrollaron predice ciertos efectos cosmológicos que, si se observan, ayudarían a los científicos a validar la teoría del universo-membrana. Las observaciones, dijeron, serían posibles con satélites que están programados para su lanzamiento en los próximos años.

Si la teoría del mundo-brana se prueba como verdadera, "esto alteraría el curso de las cosas" , dijo Petters. "Confirmaría que hay una cuarta dimensión para el espacio, lo que crearía un cambio filosófico en nuestra comprensión del mundo natural".

Los descubrimientos de los científicos aparecieron el 24 de Mayo de 2006 en la edición en línea de la revista Physical Review.

D. Keeton es profesor de astronomía y física en Rutgers, y Petters es profesor de matemáticas y física en Duke. Su investigación es financiada por la Fundación Nacional para la Ciencia (National Science Foundation).

El modelo del universo-membrana de Randall-Sundrum —llamado así por sus creadores, los físicos Lisa Randall de la Universidad de Harvard y Raman Sundrum de la Universidad Johns Hopkins— proporciona una descripción matemática de cómo la gravedad conforma el universo que difiere de la descripción ofrecida por la Teoría General de la Relatividad.

Keeton y Petters se centraron en una consecuencia gravitacional particular de la teoría del universo-membrana que la distingue de la teoría de Einstein.

La teoría del universo-membrana predice que han sobrevivido hasta el presente "agujeros negros" relativamente pequeños creados en el universo primigenio. Los agujeros negros, con una masa similar a un diminuto asteroide, serían parte de la "materia oscura" del universo. Como el nombre sugiere, la materia oscura no emite o refleja la luz, pero ejerce una fuerza gravitatoria.

La Teoría General de la Relatividad, por otra parte, predice que tales agujeros negros primordiales ya no existen, ya que se habrían evaporado con el tiempo.

"Cuando estimamos lo lejos que deberían estar los agujeros negros del universo-membrana de la Tierra, nos sorprendimos al encontrar que los más cercanos bien podrían estar dentro de la órbita de Plutón", dijo Keeton.

Petters añadió, "Si los agujeros negros del universo-membrana forman incluso el 1 por ciento de la materia oscura en nuestra parte de la galaxia —una suposición cautelosa— debería haber varios miles de agujeros negros del mundo-brana en nuestro sistema solar".

Pero ¿existen los agujeros del universo-membrana realmente, y por tanto representan una prueba para la teoría del universo-membrana de 5-D?

Los científicos mostraron que sería posible responder a esta pregunta observando los efectos que los agujeros negros del mundo-brana ejercerían en la radiación electromagnética que viaja hasta la Tierra desde otras galaxias. Cualquier radiación de este tipo que pase cerca de un agujero negro será afectada por las tremendas fuerzas gravitacionales del objeto, un efecto llamado "lente gravitatoria".

"Un buen lugar para buscar lentes gravitatorias procedentes de agujeros negros del universo-membrana es en las explosiones de rayos gamma que llegan a la Tierra", dijo Keeton. Estas explosiones de rayos gamma se cree que son producidas por enormes explosiones a lo largo y ancho del universo. Tales explosiones del espacio exterior fueron descubiertas por descuido por la Fuerza Aérea de los EE.UU. en los años 60.

Keeton y Petters calcularon que los agujeros negros del universo-membrana bloquearían los rayos gamma de la misma manera en que una roca en un estanque obstruye las ondas que pasan. La roca produce un "patrón de interferencia" a su paso en el que algunos picos de onda son más altos, algunos valles son más profundos, y algunos picos y valles se cancelan mutuamente. El patrón de interferencia lleva la firma de las características tanto de la roca como del agua.

De manera similar, un agujero negro del universo-membrana produciría un patrón de interferencia en una explosión pasajera de rayos gamma a medida que viajara hasta la Tierra, dijeron Keeton y Petters. Los científicos predijeron las resultantes "franjas" oscuras y brillantes en el patrón de interferencia, que dijeron proporciona un medio de inferir las características de los agujeros negros del mundo-brana y, a su vez, del espacio y el tiempo.

"Descubrimos que la firma de una cuarta dimensión del espacio aparece en los patrones de interferencia", dijo Petters. "Esta dimensión espacial extra crea una contracción entre las franjas comparada con la que se obtendría en la Relatividad General".

Petters y Keeton dijeron que sería posible medir los patrones de franjas de rayos gamma predichos usando el Telescopio Espacial de Gran Área de Rayos Gamma, que está programado para ser lanzado en una nave espacial en Agosto de 2007. El telescopio es un esfuerzo común entre la NASA, el Departamento de Energía de los EE.UU, e instituciones de Francia, Alemania, Japón, Italia, y Suecia.

Los científicos dijeron que su predicción se aplicaría a todos los agujeros negros del mundo-brana, tanto en nuestro Sistema Solar como más allá.

"Si la teoría del universo-membrana es correcta", dijeron, "habría muchos, muchos agujeros negros del universo-membrana a lo largo y ancho del universo, cada uno llevando consigo la firma de una cuarta dimensión del espacio".

Aportado por Eduardo J. Carletti