Un cúmulo de galaxias produce lentes gravitacionales que desvían la luz a su alrededor
NASA, ESA, Michael Gladders (Universidad de Chicago); Reconocimiento: Judy Schmidt
La física cuántica puede ser el ingrediente secreto para comprender los objetos cósmicos que nuestros telescopios no pueden mostrarnos en detalle, o no pueden mostrarnos en absoluto.
Para comprender el espacio, recopilamos y analizamos la luz que viaja desde objetos como estrellas hasta nuestros telescopios, pero esa luz no siempre viaja en línea recta. A menudo, cuando pasa por un objeto muy masivo, como un planeta o un agujero negro, la trayectoria de la luz se dobla y crea imágenes distorsionadas, como si se hubiera agregado una lente adicional en algún lugar del camino.
Pero ¿qué pasa con los objetos que no son pesos pesados cósmicos y tienen masas relativamente pequeñas? Los métodos tradicionales de obtención de imágenes luchan contra estos eventos de “microlente”, pero Zhenning Liu, de la Universidad de Maryland, y sus colegas han demostrado que un protocolo para analizar la luz que tiene en cuenta su cuantidad podría funcionar mucho mejor.
Se centraron en aprovechar las propiedades cuánticas de la luz para discernir la masa de los objetos que provocan la microlente. Liu dice que los investigadores pueden saber cuándo ocurre un evento de microlente porque la luz se vuelve más brillante. Esto les permite saber que hay un objeto entre nosotros y la fuente de luz, pero si ese objeto no es enorme, no pueden inferir su masa a partir de las propiedades de la luz que los telescopios ya miden. Estos objetos podrían incluir pequeños agujeros negros aislados e incluso algunos planetas rebeldes.
Pero la luz está formada por fotones, que son partículas cuánticas, por lo que la información sobre su viaje hacia la Tierra también queda codificada en sus propiedades cuánticas. En particular, siempre que un fotón tiene la opción de tomar múltiples caminos diferentes alrededor de un objeto, cada uno de los cuales requiere un tiempo de viaje diferente, esa diferencia cambia las propiedades cuánticas del fotón. Debido a que las partículas cuánticas a veces pueden comportarse como ondas, estos fotones pueden tomar ambos caminos alrededor de un objeto simultáneamente, como una onda de agua que encuentra una roca. El protocolo del equipo destaca por extraer la diferencia de tiempo entre ambos caminos, que luego puede traducirse en la masa del objeto.
Liu dice que un planeta o un agujero negro que cree microlentes no sería necesariamente invisible en todas las demás observaciones. Pero esos métodos pueden requerir recolectar mucha más luz, lo que equivale a tener que construir telescopios cada vez más grandes. El enfoque cuántico funcionaría con relativamente pocos fotones.
Por ejemplo, el análisis matemático de su equipo mostró que el protocolo funcionaría bien para estrellas en el bulbo galáctico, una parte de la Vía Láctea donde previamente se han descubierto objetos oscuros mediante estudios de lentes gravitacionales. Debido a que el nuevo protocolo no requiere una computadora cuántica completa y podría implementarse con más dispositivos estándar que capturen y analicen un fotón a la vez combinados con computadoras convencionales, también existe la posibilidad de ser probado en la práctica dentro de unos años.
Daniel Oi, de la Universidad de Strathclyde en el Reino Unido, dice que el enfoque cuántico ofrece una mejora exponencial en la capacidad de extraer información de retardo de tiempo de la luz, una ventaja que compara con el santo grial de la tecnología cuántica. Oi dice que las tecnologías cuánticas son una combinación natural para señales astronómicas débiles como pequeñas cantidades de fotones, porque la teoría cuántica es el origen de muchos de los límites sobre la precisión con la que algo puede medirse en física.
Referencia: arXiv, DOI: 10.48550/arXiv.2510.07898
Temas:
astrofísica/física cuántica