Asteroides como Bennu o Apofis podrían tener la clave de una quinta fuerza de la naturaleza

Pero no solo eso, porque los datos de seguimiento de esa roca espacial generados por OSIRIS-REx podrían ser, también, una oportunidad única para investigar una física totalmente nueva. Algo que acaba de hacer un equipo internacional de investigadores bajo la dirección de científicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos, en Estados Unidos, que en un artículo recién publicado en 'Nature Communications Physics' explican cómo utilizaron los datos sobre la trayectoria del asteroide para estudiar la posible existencia de una quinta fuerza fundamental de la naturaleza.

«La interpretación de los datos que vemos al rastrear a Bennu -explica Yu-Dai Tsai, autor principal del artículo- tiene el potencial de aumentar nuestra comprensión de los fundamentos teóricos del Universo, renovando potencialmente nuestra comprensión del Modelo Estándar de la Física, la gravedad y la materia oscura. Y es que las trayectorias de los objetos a menudo presentan anomalías que pueden resultar útiles para descubrir nueva física».

Todo lo que existe en el Universo 'funciona', que sepamos, gracias a la acción combinada de cuatro fuerzas fundamentales: gravedad, electromagnetismo y dos interacciones nucleares, la fuerte, que mantiene la cohesión de los núcleos atómicos, y la débil, responsable de los fenómenos de desintegración radiactiva. Desde hace unos setenta años, los físicos estudian el funcionamiento del Universo con la teoría del Modelo Estándar, la mejor herramienta que tenemos para describir la realidad a través de las interacciones de las distintas partículas por medio de esas cuatro fuerzas fundamentales.

Sin embargo, hasta ahora la teoría sólo ha sido capaz de describir por completo tres de esas cuatro fuerzas: la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil. Cada una de ellas, en efecto, opera por medio de la acción de una 'partícula mensajera', que es portadora de la unidad mínima de cada fuerza. En el caso de la fuerza electromagnética, la partícula portadora es el fotón, en el de la nuclear fuerte es el gluón y en el de la nuclear débil son los bosones W y Z, partículas todas que han sido observadas en los aceleradores modernos.

Pero el Modelo Estándar aún tiene que incorporar a la gravedad en su descripción, cosa que se lleva intentando, sin éxito, desde hace varias décadas. Se supone que, igual que sucede con las otras fuerzas, también la gravedad debería tener su propia partícula portadora, el 'gravitón'. Pero nadie ha conseguido encontrarla por ahora. Y por si fuera poco, a eso se unen distintos indicios que apuntan a la existencia de una 'quinta fuerza', una que ni siquiera estaba prevista en el Modelo Estándar. Parece claro, pues, que una 'nueva física' nos está esperando a la vuelta de la esquina.

Dado el peligro potencial que los asteroides suponen para la Tierra, desde hace años las órbitas de los más cercanos están sometidas a estrecha vigilancia. Y son precisamente esos datos de seguimiento, tomados antes y durante la misión OSIRIS-REX, los que los autores del presente estudio han incorporado, en busca de la quinta fuerza, a una serie de extensiones del Modelo Estándar. Los datos ópticos y de radar han ayudado a establecer con cierto grado de precisión la trayectoria de Bennu desde su descubrimiento en 1999. Y la misión OSIRIS-REx completó esa información aportando nuevos y valiosos datos de seguimiento de navegación óptica y radiométrica.

'Las estrictas restricciones que hemos logrado se traducen fácilmente en algunos de los límites más estrictos jamás establecidos para las quintas fuerzas de tipo Yukawa - afirma Sunny Vagnozzi, de la universidad italiana de Trento y coautor del artículo-. Estos resultados resaltan el potencial del seguimiento de asteroides como una herramienta valiosa en la búsqueda de bosones ultraligeros, materia oscura y varias extensiones bien argumentadas del Modelo Estándar«.

¿Pero cómo puede la simple órbita de un asteroide dar pistas sobre una quinta fuera de la naturaleza?

La trayectoria de un objeto celeste se ve afectada por distintos factores, entre ellos la gravedad. Lo cual implica que comprender la física de las trayectorias tiene el potencial de revelar misterios, especialmente cuando hay anomalías en esas trayectorias. Uno de los mejores ejemplos es el descubrimiento del planeta Neptuno, cuya existencia fue inferida mucho antes de que fuera observado gracias a las irregularidades en la órbita del cercano Urano.

Del mismo modo, y utilizando datos de trayectoria y modelos resultantes del seguimiento de Bennu, el análisis de los investigadores estableció limitaciones sobre una posible quinta fuerza y el papel de una posible partícula mediadora, quizá un bosón ultraligero, para esa quinta fuerza. Según el estudio, esa partícula mediadora debería revelar su presencia en la órbita alterada de un asteroide como Bennu, razón por la cual estudiar los datos de seguimiento es tan importante para los físicos.

Sea cual sea su naturaleza, una nueva partícula podría dar lugar a una extensión del Modelo Estándar que incluya la materia y la energía oscuras, sugeridas por numerosas observaciones cosmológicas y astrofísicas pero que aún no se han incorporado al marco general. Si bien se cree que la materia oscura constituye cerca del 85% de la materia total del Universo, la ciencia aún no está segura de qué partículas podría estar hecha y a qué fuerzas responde.

Tsai y sus colegas exploraron por primera vez la posibilidad de hallar una quinta fuerza usando datos de seguimiento de asteroides en una investigación publicada en el 'Journal of Cosmology and Astroparticle Physics' en 2023, antes de que pusieran sus ojos en Bennu. Ahora, el equipo planea continuar su trabajo con el seguimiento de otro asteroide, el famoso Apofis, que pasará 'rozando' la Tierra en 2029. Entonces, la nave OSIRIS-APEX de la NASA se acercará al asteroide levantará polvo y lo recogerá. Lo cual, junto a las observaciones de los efectos de la gravedad de la Tierra sobre Apofis a medida que pasa proporcionarán nuevos datos útiles en la búsqueda de esa posible quinta fuerza de la naturaleza.