Después de 15 años de recopilación de datos en un experimento del tamaño de una galaxia, los científicos han “escuchado” el coro perpetuo de ondas gravitacionales que recorren nuestro universo por primera vez, y es más fuerte de lo esperado. Todas estas ondas zumban y resuenan juntas, creando una especie de ruido cósmico conocido como fondo de ondas gravitacionales, que ha sido teorizado durante mucho tiempo pero nunca antes detectado. Estas ondas impregnan el universo, navegando constantemente por el tejido del espacio-tiempo que nos rodea. Están literalmente en todas partes, y ahora tenemos la confirmación.
Estas ondas gravitacionales de frecuencia ultrabaja tienen el potencial de revelar algunos de los mayores enigmas del Universo. Al investigar estas ondas, los científicos esperan obtener una comprensión más profunda de la formación y el comportamiento de los agujeros negros supermasivos en los sistemas binarios, así como de los eventos que ocurrieron durante la infancia de nuestro Universo.
“Los resultados presentados hoy marcan el comienzo de una nueva era en nuestra exploración del Universo, ya que revelamos algunos de sus misterios. Nuestro análisis revela una señal constante observada en todos los púlsares de la matriz, lo que sugiere que estos relojes cósmicos están siendo balanceados por las ondas del espacio-tiempo”, dijo el profesor Alberto Vecchio, del Instituto de Astronomía de Ondas Gravitacionales de la Universidad de Birmingham.
“Realmente es la primera vez que tenemos evidencia de este movimiento a gran escala de todo en el universo”, dijo Maura McLaughlin, codirectora de NANOGrav, la colaboración de investigación que publicó los resultados en The Astrophysical Journal Letters.
¿Qué es el fondo de ondas gravitacionales?
Las ondas gravitacionales son perturbaciones en el tejido del espacio-tiempo que se propagan desde su origen a la velocidad de la luz. Se producen por la aceleración o el movimiento de objetos masivos, como agujeros negros, estrellas de neutrones o incluso la fusión de dos de esas entidades. Así como una piedra crea ondas en un estanque cuando se lanza, los objetos masivos crean ondas en el espacio-tiempo a medida que se mueven, generando ondas gravitacionales.
El descubrimiento de la existencia de ondas gravitacionales es una consecuencia directa de la teoría general de la relatividad de Einstein, que formuló en 1915. En esta teoría innovadora, Einstein propuso una nueva comprensión de la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo causada por la masa y la energía. De acuerdo con la relatividad general, los objetos masivos, como estrellas y planetas, crean una curvatura en el espacio-tiempo a su alrededor, lo que influye en el movimiento de otros objetos cercanos. Pero esta curvatura puede manifestarse como ondas gravitacionales cuando estos objetos son acelerados o perturbados.
El propio Einstein inicialmente se mostró escéptico sobre la existencia de ondas gravitacionales, ya que parecían ser increíblemente sutiles y difíciles de detectar. Sin embargo, predijo matemáticamente su existencia y las consideró una consecuencia esencial de su teoría. No fue hasta un siglo después, en 2015, que el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) hizo el innovador descubrimiento de la primera evidencia directa de ondas gravitacionales.
Sin embargo, estas ondas cósmicas recién identificadas, conocidas como ondas gravitacionales, son bastante diferentes. Llevan una asombrosa cantidad de energía, aproximadamente un millón de veces más que las ondas gravitacionales que surgen de las fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones detectadas previamente por experimentos ganadores del Premio Nobel como LIGO y Virgo. Y debido a que este ‘zumbido’ de fondo opera a una frecuencia mucho más baja, los métodos de detección involucrados fueron sorprendentemente diferentes.
Los detectores LIGO son enormes interferómetros en forma de L con dos brazos perpendiculares, cada uno de los cuales mide unos 4 kilómetros de longitud. Están ubicados en Livingston, Luisiana y Hanford, Washington. El principio básico detrás de la operación de estos interferómetros consiste en medir los cambios mínimos en las longitudes relativas de los dos brazos causados por el paso de las ondas gravitacionales. Sin embargo, para detectar el leve zumbido de las ondas gravitacionales de fondo, los científicos se volvieron muy creativos y tuvieron que esperar mucho tiempo.
Manteniendo el tiempo con estrellas muertas
Para captar las escurridizas fluctuaciones causadas por las ondas gravitacionales, los científicos emplean conjuntos de sincronización de púlsares, utilizando múltiples radiotelescopios para observar numerosos púlsares durante períodos prolongados. Los púlsares son remanentes densos que quedan después de la desaparición explosiva de estrellas masivas, conocidas como supernovas. Lo que los hace verdaderamente notables es su extraordinario comportamiento: emiten haces regulares de radiación que recorren el cosmos con una precisión asombrosa. Imagínalos como faros cósmicos que se iluminan regularmente desde tu punto de vista y luego se atenúan con un tiempo predecible.
Estos conjuntos actúan como cronometradores cósmicos, con la regularidad similar a un cronómetro de los púlsares que sirven como una herramienta valiosa. Si las ondas gravitacionales hacen que el espacio-tiempo se expanda y se contraiga, entonces también deberían afectar estos destellos de radio púlsar.
Al aprovechar el poder colectivo de 25 púlsares, los científicos crearon un colosal detector de ondas gravitacionales que se extiende a través de las galaxias. A medida que las ondas de radio de los púlsares atraviesan la vasta extensión del espacio y el tiempo, las ondas gravitacionales tejen su influencia. Estas irregularidades cambian la información entrante que detectamos.
Al comparar los retrasos de tiempo de muchos pares de púlsares durante un período de observación que abarca 15 años, los astrónomos pudieron descifrar los signos reveladores de ondas gravitacionales de frecuencia ultra baja. Cuatro equipos, cada uno con sede en Europa, India, Australia y China, presentaron sus hallazgos al mismo tiempo, en una publicación coordinada de datos. Esto es notable en sí mismo porque existe un gran incentivo para ser el primero en ‘dar la noticia’ de descubrimientos científicos de alto impacto. Al publicar todos los documentos al mismo tiempo, los investigadores demostraron una diplomacia fantástica y destacaron la naturaleza interdisciplinaria de este desafiante trabajo. No se trata de que una sola persona se lleve todos los laureles, sino de reconocer que esto es realmente un trabajo de equipo.
Entre ellos, NANOGrav se erige como el que más confianza tiene en sus resultados. Recolectaron datos durante 15 años utilizando radiotelescopios como el Telescopio Green Bank en Virginia Occidental y el ahora colapsado Observatorio de Arecibo en Puerto Rico. Estas ondas exhiben oscilaciones con períodos que van de uno a diez años, lo que permite vislumbrar el ritmo cósmico.
El surgimiento de una nueva era
Es bastante alucinante cuando te das cuenta de que estos científicos en realidad piratearon toda la galaxia para actuar como un detector de ondas gravitacionales gigante. Aunque los resultados presentados hoy no cumplen con el estricto estándar de oro del descubrimiento científico, que requiere una probabilidad de ocurrencia de menos de una en un millón, estos hallazgos son, sin embargo, innovadores. Se están realizando esfuerzos para combinar conjuntos de datos del European Pulsar Timing Array, el Indian Pulsar Timing Array, el PPTA y NANOGrav, bajo la bandera del International Pulsar Timing Array. Este esfuerzo de colaboración tiene como objetivo expandir el conjunto para abarcar más de 100 púlsares, lo que podría conducir a una confirmación más definitiva de las ondas gravitacionales de frecuencia ultra baja.
Las implicaciones no pueden ser subestimadas. Las ondas gravitacionales transportan información sobre los objetos y eventos que las generan. Al analizar las propiedades de estas ondas, los científicos pueden descifrar las masas, los giros y la dinámica orbital de los objetos celestes que las produjeron, lo que contribuye a nuestra comprensión de la composición y evolución del universo. Esto incluye la fusión y colisión de agujeros negros supermasivos o incluso galaxias enteras. Una nueva era en la astronomía está sobre nosotros.
Fuente: ZME Science.
