Detectan una “prometedora” señal en el fondo de las ondas gravitacionales
Una colaboración científica europea ha detectado una «señal prometedora» que podría revelar la existencia en nuestra galaxia de un fondo de ondas gravitacionales procedentes de agujeros negros supermasivos binarios.
Las ondas gravitacionales o gravitatorias son
ondulaciones concéntricas que encogen y estiran el espacio-tiempo mientras viajan
a la velocidad de la luz.
Se han formado a lo largo de toda la historia del
universo, si bien dependiendo de cuándo fueron creadas, el fondo de ondas
gravitacionales puede ser clasificado en dos categorías: cosmológico o
estocástico y astrofísico.
El fondo cosmológico de ondas gravitacionales se
genera por fuentes que existían en los primeros momentos del universo, solo
unos segundos después del Big Bang.
El fondo astrofísico se produce por sistemas de
estrellas masivas, como las estrellas de neutrones y los agujeros negros. La
señal prometedora procedería de dos agujeros negros supermasivos.
PASO
IMPORTANTE
Paso importanteEl estudio que relata el
descubrimiento de esta señal prometedora, publicado en la Monthly Notices of
the Royal Astronomical Society, representa un paso importante en la búsqueda de
ondas gravitacionales utilizando púlsares, destacan los investigadores.
Los púlsares son pequeñas estrellas de 20 a 30 km de
diámetro, tan masivas como el Sol y que giran muy rápido. Esta investigación ha
observado un conjunto de púlsares distribuidos por la Vía Láctea.
Medida desde la Tierra, la variación en el tiempo de
llegada de los pulsos de radio emitidos por estos púlsares, ha permitido a los
astrónomos estudiar pequeñas variaciones en el espacio-tiempo.
Esas variaciones son las ondas gravitacionales que
se propagan en el Universo provenientes de un pasado distante, cuando las
galaxias se fusionaron entre sí teniendo en su centro pares de agujeros negros
supermasivos.
Los astrónomos se apoyan en los ‘Pulsar Timing
Arrays’ (PTA), conjuntos de púlsares con rotación muy estable, para detectar
ondas gravitacionales a escala galáctica, explican los científicos en un
comunicado.
AGUJEROS
NEGROS SUPERMASIVOS
Agujeros negros supermasivosEstos conjuntos de
púlsares tienen una particularidad significativa: son sensibles a las ondas
gravitacionales con frecuencias muy bajas, del orden de la milmillonésima parte
de un hercio.
Esto permitió a los investigadores europeos ampliar
la detección de ondas gravitacionales, ya que las que se han observado son de
altas frecuencias (cientos de Hertz), y se obtienen mediante detectores
terrestres.
El 11 de febrero de 2016, las colaboraciones LIGO,
Virgo y EO600 anunciaron la primera detección de ondas gravitacionales,
producidas por la fusión de dos agujeros negros a unos 410 megapársecs de la
Tierra.
Estos detectores terrestres estudian colisiones de
corta duración entre agujeros negros de masa estelar y estrellas de neutrones,
pero los conjuntos de púlsares (PTA) han permitido a los investigadores
europeos acercarse a otras ondas gravitacionales, como las emitidas por pares de
agujeros negros supermasivos.
COLABORACIÓN
EUROPEA
Colaboración europeaEsta original aproximación se ha
conseguido mediante el European Pulsar Timing Array (EPTA), que reúne a unos 40
científicos en torno a los cinco radiotelescopios europeos más grandes: los de
Francia (Nancy), Alemania (MPIfR 100), Reino Unido (Lovell), Italia (Sardinia)
y Holanda (WSRT).
Combinados en el modo LEAP (Large European Array for
Pulsars), estos radiotelescopios forman el equivalente a un plato totalmente
orientable de 200 metros de diámetro que mejora en gran medida la sensibilidad
a las ondas gravitacionales.
Después de analizar decenas de púlsares en la Vía
Láctea, EPTA identificó una «señal prometedora» que podría estar relacionada
con el fondo de ondas gravitacionales a muy bajas frecuencias, del orden de mil
millonésimas de hercio, que ha sido objeto de búsqueda durante mucho tiempo.
Aunque todavía no se puede declarar que sea
realmente una detección, la señal está respaldada por un análisis
extremadamente detallado y sin precedentes basado en dos metodologías
independientes, según los investigadores.
REVELACIÓN
NÍTIDA
Revelación nítidaPara la validación se utilizaron
varios códigos con diferentes métodos estadísticos que permiten caracterizar y
atenuar otras fuentes espurias de ruido, y buscar el auténtico fondo de ondas
gravitacionales.
El análisis EPTA reveló claramente la presencia de
un fondo cuyas propiedades espectrales (es decir, la forma en que la amplitud
de la señal observada varía con la frecuencia) están dentro de los límites
teóricos esperados para la emisión de ondas gravitacionales por parte de pares
de agujeros negros supermasivos, explican los investigadores.
Esta señal presenta fuertes similitudes con lo
descubierto al mismo tiempo por otros equipos: los experimentos NANOGrav y PPTA
también han revelado la presencia de una señal común similar.
RELACIÓN
ESPECÍFICA
La relatividad general de Einstein predice una
relación muy específica entre las distorsiones que aparecen en el espacio-y las
señales de radio de los púlsares, que viajan en diferentes direcciones a través
de la Vía Láctea.
Los científicos llaman a esto la correlación
espacial de la señal, o curva de Hellings and Downs, en honor a los dos
investigadores estadounidenses que formularon por primera vez esta propiedad en
1983.
La demostración de esta predicción de Einstein, si
se confirma plenamente, permitirá identificar de manera única el ruido de fondo
originado por una señal de naturaleza gravitacional, concluyen los
investigadores.
REFERENCIA
ReferenciaCommon-red-signal analysis with 24-yr
high-precision timing of the European Pulsar Timing Array: inferences in the
stochastic gravitational-wave background search. S Chen et al. Monthly Notices
of the Royal Astronomical Society, Volume 508, Issue 4, December 2021, Pages
4970–4993. DOI:https://doi.org/10.1093/mnras/stab2833
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