La Imagen del JWST de los Anillos Alrededor de la Estrella WR140 Deja Perplejos a los Astrofísicos

^{El Telescopio Espacial James Webb captó la estrella WR140 rodeada de extraños caparazones concéntricos que se desvanecen gradualmente. (Crédito de la imagen: NASA/ESA /CSA /Ryan Lau /JWST ERS Team /Judy Schmidt).}

^{Por Dra. Inés Urdaneta / Fisíco de Resonance Science Foundation}

Una imagen tomada por el telescopio espacial James Webb (JWST) en julio de 2022 que muestra una estrella llamada Wolf-Rayet 140 (WR140) rodeada de círculos regulares en forma de ondas que se desvanecen gradualmente, fue publicada en Twitter por la científica Judy Schmidt. WR140 se encuentra en la constelación de Cygnus y está a unos 5.600 años luz de la Tierra. La imagen provocó un torrente de comentarios, haciendo que astrónomos y astrofísicos se rascaran la cabeza ante esta inexplicable observación.

Las estrellas Wolf-Rayet son raras: sólo se han encontrado 600, y tienen una vida muy corta, generando poderosos vientos que empujan enormes cantidades de gas y polvo al espacio, mientras pierden gran parte de su masa en el proceso. El patrón de anillos proviene de la estrella WR 140, que tiene una órbita alargada única. Los anillos de polvo brillan en el infrarrojo, lo que permite que un instrumento tan sensible como el MIRI del JWST las resuelva en detalle.

Los rayos azules de luz que salen de la estrella son probablemente un efecto óptico, pero los anillos que se forman alrededor de ella y que revelan la presencia de polvo y un patrón de círculos ondulantes en el espacio, son muy reales. Y en el centro de la imagen, el sistema es en realidad una pareja binaria de estrellas atípicas: la WR140 y una estrella de tipo O. Se cree que sus interacciones producen erupciones periódicas de polvo que se expanden con el tiempo en forma de capas en el espacio que rodea a la pareja. La órbita de la estrella binaria tiene un periodo de 8 años; la colisión del viento y la producción de polvo se producen cada 8 años de manera que se pueden contar los anillos (como los de un árbol) para establecer la edad de la capa de polvo externa más visible. Una investigación en la que participan 34 equipos está estudiando los datos obtenidos de este sistema para ver si pueden reproducir los anillos con los modelos actuales, y sus resultados se esperan pronto.

Mientras tanto, abordaremos una segunda posibilidad que también podría ayudar a explicar los anillos observados que revelan un patrón de círculos ondulantes en el espacio alrededor de la estrella binaria. Estos anillos o capas nos hacen pensar en las ondas del agua cuando cae una roca. La analogía en el espacio de estas ondulaciones inducidas por rocas, son las llamadas ondas gravitacionales que se producen a partir de eventos muy energéticos, por ejemplo, la colisión de objetos extremadamente densos como agujeros negros, púlsares, etc., que se supone son lo suficientemente intensos como para producirlas. Por lo tanto, es un efecto transitorio que debería desaparecer en cuestión de segundos o menos.

La imagen siguiente muestra el espectro de las ondas gravitacionales y sus potenciales fuentes conocidas que se espera produzcan ondas gravitacionales detectables. El eje horizontal representa la frecuencia y el periodo de la onda, que es el inverso de la frecuencia (en una escala logarítmica) con los colores que representan las correspondientes longitudes de onda (rojo = más larga, púrpura = más corta).

^{Los detectores que aparecen en la imagen superior son los existentes o los previstos. (Fuente: www.scienceinschool.org/article/2017/gravitational-waves-taxonomy/)}

En cuanto a la duración de las ondas o distorsiones del espaciotiempo, podemos fijarnos en las tres primeras ondas gravitacionales detectadas el 14 de septiembre de 2015, el 26 de diciembre de 2015 y el 4 de enero de 2017 (de arriba a abajo en la imagen inferior), todas ellas producidas por la fusión de agujeros negros. Estas trazas muestran que cada señal se acumula gradualmente y decae rápidamente una vez que se produce la fusión.

^{Las tres primeras ondas gravitacionales detectadas el 14 de septiembre de 2015, el 26 de diciembre de 2015 y el 4 de enero de 2017 (de arriba a abajo), todas ellas producidas por agujeros negros en fusión. La colaboración científica LIGO y la colaboración Virgo.}

El eje horizontal del gráfico anterior muestra el tiempo transcurrido desde que la señal se vio por primera vez en el detector, y vemos que en el caso de mayor duración (GW151226), la perturbación duró 1,65 segundos aproximadamente. Los tres ejes verticales muestran las pequeñas distorsiones registradas, las llamadas ondas gravitacionales (GW). Podemos ver que, de hecho, son muy pequeñas. (Para saber más sobre el JWST, lea nuestro artículo de RSF titulado ¡Se acumulan las evidencias de que los agujeros negros forman galaxias!)

El JWST no está equipado con un detector de ondas gravitacionales porque lo que entendemos como ondas gravitacionales son cambios mecánicos o distorsiones en el tejido del espaciotiempo extremadamente pequeños, que requieren montajes experimentales extremadamente complejos y componentes muy grandes, para poder percibirles. Además, la detección de las ondas gravitacionales requiere al menos dos dispositivos diferentes que registren el mismo efecto simultáneamente, para garantizar la fiabilidad de la detección.

El JWST detecta únicamente firmas electromagnéticas (luz), que también podrían estar asociadas a los eventos cosmológicos que producen las ondas gravitacionales. El telescopio capta la luz en varios regímenes electromagnéticos, proporcionando imágenes con una resolución extrema. Incluso es capaz de realizar análisis espectroscópicos de la luz como para determinar los componentes químicos en las regiones observadas. Esto es extremadamente útil para saber si un planeta tiene los compuestos químicos/biológicos necesarios para la vida tal y como la entendemos (atmósfera, agua, compuestos orgánicos, etc.).

En el caso del sistema binario WR140, se trata de dos estrellas que orbitan entre sí, no hay una colisión real entre las estrellas, sino entre sus vientos estelares. Por lo tanto, si lo que vemos en la imagen de la estrella WR140 no son los GW esperados y predichos por la teoría de la relatividad de Einstein, entonces, ¿qué otra cosa podrían ser? es demasiado pronto para decirlo, podrían ser simplemente polvo orbitando alrededor del sistema binario debido al mecanismo mencionado anteriormente (cuyos resultados se esperan pronto).

Cabe preguntarse si estos anillos estuvieran proporcionando evidencia de un fenómeno más profundo. El polvo de los anillos está distribuido de tal manera que parece como si el polvo estuviera revelando ondas estacionarias en el tejido del espacio-tiempo, que forma parte del sistema en su conjunto. De ser el caso, ¿pueden los modelos cosmológicos actuales explicarlas satisfactoriamente? ¿Está el polvo revelando un tipo diferente de "GW" en el sentido de que es una onda estacionaria, u orbital, no predicha por la teoría de la relatividad de Einstein?

En su trabajo con Elizabeth Rauscher (física e investigadora de la Universidad de Berkeley), titulado The Origin of Spin: A Consideration of Torque and Coriolis Forces in Einstein’s Field Equations and Grand Unification Theory (El origen del espín: una consideración de las fuerzas de torsión y Coriolis en las ecuaciones de campo de Einstein y la teoría de la gran unificación) y publicado en enero de 2004, Nassim Haramein describe una torsión fundamental en la estructura del espaciotiempo de la que surge la dinámica de espín del momento angular desde los objetos cosmológicos a las partículas subatómicas. El modelo Haramein-Rauscher (representado a la derecha en la imagen inferior) predijo tales "ondulaciones" en la región que rodea a un agujero negro (y por extensión a las estrellas con singularidades en su centro), como muestran las ondas estacionarias azules en la sección dentro del horizonte de sucesos (ver en la imagen).

Para incluir la torsión en el contexto de las ecuaciones de campo de Einstein, Haramein y Rauscher tuvieron que modificar el espacio de Minkowski habitual y utilizar una burbuja U₄ que equivale a un doble toroide. La solución se describió finalmente como la métrica de Haramein-Rauscher [1] e incorporó el efecto secundario de la fuerza de torsión giroscópica llamado efecto Coriolis. Por lo tanto, se incorporó una fuerza de torsión en el término de tensión-energía de las ecuaciones de campo de Einstein que, a su vez, modificó el espacio métrico.

La figura 1(a) que aparece a continuación es una representación topológica de la solución de Haramein-Rauscher resultante de la adición de los términos de la fuerza de torsión y de Coriolis como enmienda a las ecuaciones de campo de Einstein, que modifica la solución de Kerr-Newman. Las condiciones de invariancia de Lorentz se reconcilian utilizando un espacio métrico modificado, que no es el espacio habitual de Minkowski, sino el espacio U₄. Este espacio es una consecuencia de la fuerza de Coriolis que actúa como efecto secundario, que se genera a partir del término de torsión en el término de tensión-energía. Una introducción a las ecuaciones de campo de Einstein puede leerse en nuestro artículo de RSF titulado La catástrofe del vacío.  

La figura 1(b). muestra una dinámica de tipo Coriolis del colector espacial dual U1 x U1. La forma de la métrica produce el doble toroide. Esta solución revela nuevas características en el sistema que no estaban presentes en las ecuaciones de campo de Einstein originales, como las ondas estacionarias en la región del interior de un horizonte de sucesos (ondas azules en la imagen de arriba), o la presencia de un agujero en los polos norte y sur, precisamente donde se han observado chorros relativistas que salen de estructuras cosmológicas como cuásares y agujeros negros.   

Debido a esta modificación de las ecuaciones de campo de Einstein, la dinámica resultante del sistema podría explicar características como los chorros expulsados de los agujeros negros. En el caso de un agujero negro cuásar (imagen inferior), el chorro puede extenderse aproximadamente 1.000.000 (10⁶) años luz.

^{Chorros relativistas emitidos por cuásares y agujeros negros de toda escala}

Estos chorros relativistas se observan también en los polos norte y sur de los agujeros negros supermasivos del centro de las galaxias y en los púlsares y cuásares. Suelen girar con extrema rapidez y expulsar material en un alto percentil de la velocidad de la luz.

La nueva métrica de Haramein-Rauscher podría explicar la presencia de ondas estacionarias alrededor de la estrella WR140 (véanse las ondas estacionarias representadas en azul dentro del horizonte de sucesos de la Fig. 1(a), lo que sugiere que el horizonte de sucesos actúa como límite de una cámara de resonancia), si es que ese fuera el caso, lo que significaría que debería haber una singularidad en el interior de esta estrella. Esto es algo a lo que Nassim Haramein ha aludido durante más de 25 años; las estrellas son agujeros negros con ergosferas muy gruesas, y por tanto sus espectros de emisión obedecen a la ley de radiación del cuerpo negro.

El espaciotiempo se dobla y se retuerce sobre sí mismo en un vórtice-espiral. Esto genera un giro, un momento cinético. [...] Este es el origen del giro de todo. Esta es una manera apropiada de describir la física del momento angular en el universo de una manera factual. Así que la adición del momento de torsión al espaciotiempo produce una imagen muy diferente de una esfera perfecta. Induce una estructura de toroide, es decir, una esfera con dos agujeros en el centro, en los polos norte y sur. - Nassim Haramein

La enmienda de Haramein-Rauscher a la métrica gravitacional también se aplicó a la física de partículas mediante modelos de grupos de álgebra de Lie y se demostró que se unificaba con el mundo cuántico mediante la geometría específica de un grupo de 24 elementos del cuboctaedro relacionado con la burbuja del doble toroide U₄ representada en la Fig. 1(b).  Sin embargo, no estaba claro cómo se generaba exactamente el cuboctaedro de la estructura del espaciotiempo a escala cuántica hasta que se encontró la solución holográfica gravitacional generalizada [2,3,4].

RSF en perspectiva:

El modelo de Haramein-Rauscher es el equivalente a la descripción de un cambio o gradiente de densidad entre la escala cosmológica y la escala cuántica, que produce un torque fundamental en la densidad del vacío, origen del giro o espín. Es una representacion continua, en el marco de la relatividad general de Einstein. 

En el contexto de la estructura del espaciotiempo descrita desde una representacion discreta en términos de unidades esféricas de Planck que cuantifican al espacio y del cual emergen la masa, campos y fuerzas (conocido como el modelo holográfico generalizado de Haramein), cuando consideramos los hallazgos de dicha solución holográfica, podemos imaginar la estructura de toroide dual que se genera en las proximidades de la "dinámica de fluidos" del limo de Plancks orbitando a gran velocidad en una región del espacio y generando vórtices o "chorros" altamente estructurados en sus polos. Recientemente se ha demostrado que los agujeros negros soportan estructuras de vórtices.

En el modelo de Haramein, éstas son las fábricas a partir de las cuales los osciladores de Planck son girados y agrupados en regiones coherentes que llamamos protones y forman la estructura atómica. Esta dinámica del medio de osciladores de vacío de Planck circundantes en las proximidades de una gran estructura vorticular del espaciotiempo puede ser la causa de la composición de la polaridad electrón/positrón de la nube de electrones atómica.

Elizabeth Rauscher fue física e investigadora del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, el Instituto de Investigación de Stanford y la NASA. Como se menciona en wikipedia, fue cofundadora del Grupo de Físicos Fundamentales de Berkeley (Fundamental Fysiks Group) en 1975; un grupo informal de físicos que se reunía semanalmente para discutir el misticismo cuántico y la filosofía de la física cuántica. Una observación interesante mencionada en wikipedia es que David Kaiser argumentó en su libro How the Hippies Saved Physics (Cómo los Hippies salvaron la física) que este grupo ayudó a alimentar ideas que eran impopulares en ese momento dentro de la comunidad de físicos, pero que más tarde, en parte, formaron la base de la ciencia de la información cuántica.

Nota para el lector: algunas partes de este artículo están contenidas en el Módulo 4, sección 4.6.2 de nuestro curso en línea, gratuito, de Ciencia Unificada. ¡Consúltalo aquí!

Referencias:

[1] Haramein, N., and Rauscher, E. A. (2005). The orgin of spin: A consideration of torque and coriolis forces in Einstein’s field equations and grand unification theory. Beyond The Standard Model: Searching for Unity in Physics, 1, 153-168.

[2] Haramein, N. (2012). Quantum Gravity and the Holographic Mass, Physical Review & Research International, ISSN: 2231-1815, Page 270-292 

[3] Haramein, N & Val Baker, A. K. F. (2019). Resolving the Vacuum Catastrophe: A Generalized Holographic Approach, Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, Vol.05 No.02(2019), Article ID:91083, 13 pages

[4] Val baker, A.K.F, Haramein, N. and Alirol, O. (2019). The Electron and the Holographic Mass Solution, Physics Essays, Vol 32, Pages 255-262.