- Los científicos podrían haber descubierto los primeros signos del fondo de ondas gravitacionales: un mar de ondas en el espacio-tiempo que reverberan en todo el universo.
- Albert Einstein predijo por primera vez la existencia de ondas gravitacionales. Recientemente se han detectado, tras violentas colisiones de agujeros negros y estrellas de neutrones.
- Al monitorear las estrellas muertas en toda nuestra galaxia, los científicos encontraron una señal que podría ser un zumbido constante de ondas gravitacionales que irradian desde galaxias distantes a medida que chocan los agujeros negros supermasivos.
Los científicos pueden estar a punto de descubrir un nuevo fenómeno que reverbera en todo el cosmos: un constante sonido de ondas en el espacio-tiempo u ondas gravitacionales.
Albert Einstein predijo por primera vez que la colisión de objetos masivos como agujeros negros crearía tales ondas.
Pero pensó que el ruido y las vibraciones en la Tierra evitarían que pudiéramos detectarlas.
En ese aspecto, Einstein se equivocó
Uno de los experimentos más notables de la historia, el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO), detectó ondas gravitacionales por primera vez en 2015.
Esas ondas vinieron de dos agujeros negros que se estrellaron a 1,300 millones de años luz de distancia, enviando ondas que eventualmente viajaron a través de nuestro planeta y se registraron en los detectores gigantes en forma de L de LIGO en Washington y Louisiana.
Tres investigadores que ayudaron a concebir el experimento obtuvieron un premio Nobel de física.
Se han detectado 50 veces las ondas gravitacionales
Desde ese primer descubrimiento, LIGO y su contraparte italiana, Virgo, han detectado ondas gravitacionales probables al menos 50 veces, de varias combinaciones de agujeros negros y estrellas de neutrones en colisión.
Pero estos son solo los casos más obvios de ondas gravitacionales: violentas explosiones de radiación de algunas de las colisiones más masivas del universo.
En teoría, el cosmos también debería estar vibrando con un zumbido constante de ondas gravitacionales de bajo nivel que reverberan desde las galaxias fusionadas en todo el universo.
Los científicos creen que el centro de cada gran galaxia contiene un agujero negro supermasivo que es millones o incluso miles de millones de veces más masivo que los objetos en colisión que LIGO y Virgo han detectado.
Estos agujeros negros supermasivos deberían fusionarse cuando las galaxias chocan entre sí y poco a poco se convierten en una. El zumbido hipotético de esa actividad en todo el universo se conoce como el «fondo de ondas gravitacionales» o GWB.
Pero nadie ha descubierto aún evidencia definitiva de ello.
El experimento podría dar lugar a ser la prueba de esta radiación de fondo
Ahí es donde entra la nueva investigación. Los astrofísicos del Observatorio de Nanohercios de Ondas Gravitacionales de América del Norte (NANOGrav) han detectado lo que pueden ser los primeros signos de esta radiación de fondo en el espacio-tiempo.
Su investigación fue publicada en The Astrophysical Journal Letters.
Estos tentadores primeros indicios de un fondo de ondas gravitacionales sugieren que los agujeros negros supermasivos probablemente se fusionen, y que estamos flotando en un mar de ondas gravitacionales que surgen de las fusiones de agujeros negros supermasivos en galaxias de todo el universo», dijo Julie Comerford, astrofísica en el equipo de NANOGrav y profesor asociado de la Universidad de Colorado Boulder.
Un observatorio de ondas gravitacionales del tamaño de nuestra galaxia
Para buscar el fondo de ondas gravitacionales, los investigadores de NANOGrav buscaron imitar LIGO en una escala mucho mayor.
LIGO funciona disparando un rayo láser y dividiéndolo en dos. La luz luego viaja por los dos brazos de 2.5 millas de largo del detector.
Los rayos rebotan en los espejos en los extremos de esos brazos y convergen cerca del divisor de rayos, donde deberían anularse entre sí.
Pero cuando llega una onda gravitacional, deforma el espacio-tiempo, haciendo que un tubo sea un poco más largo y el otro más corto durante un breve momento. Como resultado, los dos rayos regresan al divisor en diferentes momentos, lo que genera destellos de luz.
NANOGrav funciona de manera similar
Pero en lugar de espejos, utiliza púlsares de milisegundos: estrellas muertas extremadamente densas que giran rápidamente, enviando un estallido de luz hacia la Tierra cada milisegundo.
Su cronometraje preciso rivaliza con un reloj atómico, por lo que estos objetos celestes son ideales para detectar cambios en la estructura del espacio-tiempo.
Así como los investigadores de LIGO detectan ondas gravitacionales midiendo los cambios en los tiempos de llegada de los rayos de luz, los investigadores de NANOGrav lo hacen midiendo las variaciones en los tiempos de llegada de la luz de los púlsares en toda la galaxia.
A medida que las ondas gravitacionales se mueven a través del cosmos, comprimen o alargan la distancia que recorre esta luz para llegar a la Tierra, cambiando su tiempo de llegada en solo unos pocos cientos de nanosegundos.
Las luces de algunos púlsares llegan un poco antes de lo esperado, mientras que otras llegan un poco más tarde.
«De hecho, creamos un detector de ondas gravitacionales del tamaño de una galaxia dentro de nuestra propia Vía Láctea», dijo Joseph Simon, astrofísico de la Universidad de Colorado, Boulder, y autor principal del nuevo artículo, en una conferencia de prensa en la reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense.
Este método se denomina «matriz de temporización de púlsar»
Dado que la distancia entre la Tierra y cada uno de estos púlsares es mucho mayor que la longitud de los brazos de LIGO, NANOGrav podría detectar ondas gravitacionales de baja frecuencia que provienen de fusiones lejanas de objetos supermasivos.
A diferencia de los breves estallidos que detecta LIGO, estas ondas de baja frecuencia podrían pasar continuamente por la Tierra durante años o incluso décadas a la vez.
Simplemente monitoreando las luces de los púlsares para detectar un cambio colectivo y simultáneo en el tiempo, los científicos deberían poder identificar el momento en que una onda gravitacional llega o sale de nuestra vecindad.
Para observar los púlsares de esta manera, NANOGrav utilizó el Telescopio Green Bank de la Fundación Nacional de Ciencias en Virginia Occidental y el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico.
El telescopio Arecibo colapsó en diciembre y no hay esperanza de recuperación
Pero después de dos roturas importantes de cable, el telescopio de Arecibo colapsó sobre sí mismo en diciembre.
Su plataforma de 900 toneladas se estrelló contra el plato de abajo, rompiendo sus paneles sin esperanza de recuperación. Los investigadores usaron Arecibo hasta su primera falla de cable en agosto.
«Esto es, por supuesto, una gran pérdida para nuestro proyecto», dijo Paul Demorest, un científico de NANOGrav.
«Dios mío, en realidad hay algo aquí»
Al analizar los datos de 45 púlsares, cada uno observado durante al menos tres años, los investigadores de NANOGrav descubrieron un cambio coincidente en la sincronización de la luz de los púlsares.
Creen que este puede ser el fondo de ondas gravitacionales.
«Recorrimos cada uno de los púlsares uno por uno. Creo que todos esperábamos encontrar algunos que arrojaran nuestros datos», dijo Simon en el comunicado.
«Pero luego los superamos todos, y dijimos, ‘Dios mío, en realidad hay algo aquí'».
La señal es más potente a frecuencias más bajas, que es lo que los investigadores esperan ver en el fondo de ondas gravitacionales.
Pero para estar seguros de que realmente han descubierto este nuevo fenómeno, necesitan analizar más datos, algunos de los cuales ya han recopilado, para asegurarse de que la tendencia se mantenga en todos los conjuntos de datos.
«Tenemos esta evidencia realmente significativa de una señal común. Sin embargo, todavía no podemos decir qué es», dijo Simon.
La respuesta está ahí pero se deben analizar más datos
NANOGrav ahora está trabajando con dos proyectos de matriz de temporización de pulsar en Europa y Australia para ver si tienen señales similares en sus datos.
Demorest cree que NANOGrav puede obtener evidencia definitiva de que este es el fondo de ondas gravitacionales durante el próximo año. Sin embargo, Simon dijo que probablemente tomaría más tiempo analizar los datos.
NANOGrav trabajará para expandir su matriz para incluir más púlsares y usar telescopios más sensibles, que aún no se han construido.
Eventualmente, los científicos esperan localizar y estudiar los agujeros negros supermasivos que están enviando ondas gravitacionales.
«Ser capaz de detectar el fondo de ondas gravitacionales será un gran paso, pero en realidad es sólo el primer paso», dijo Simon. «El segundo paso es identificar qué causa esas ondas y descubrir qué pueden decirnos sobre el universo».
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