Por: Rowina Nathan y Matthew Miles
Utilizando el detector de ondas gravitacionales más grande jamás construido, hemos confirmado informes anteriores de que el tejido del universo está vibrando constantemente. Este ruido de fondo probablemente sea causado por colisiones entre los enormes agujeros negros que residen en el corazón de las galaxias.
Los resultados de nuestro detector —una matriz de estrellas de neutrones que giran rápidamente y se extienden por la galaxia— muestran que este “fondo de ondas gravitacionales” puede ser más fuerte de lo que se pensaba anteriormente. También hemos realizado los mapas más detallados hasta ahora de las ondas gravitacionales en el cielo y hemos encontrado un intrigante “punto caliente” de actividad en el hemisferio sur. Nuestra investigación se publica hoy en tres artículos en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Ondas en el espacio y el tiempo
Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio y el tiempo. Se crean cuando objetos increíblemente densos y masivos orbitan o chocan entre sí.
Los objetos más densos y masivos del universo son los agujeros negros, los restos de estrellas muertas. Una de las pocas formas de estudiar los agujeros negros es buscando las ondas gravitacionales que emiten cuando se acercan unos a otros.
Al igual que la luz, las ondas gravitacionales se emiten en un espectro. Los agujeros negros más masivos emiten las ondas más lentas y potentes, pero para estudiarlas, necesitamos un detector del tamaño de nuestra galaxia.
Las ondas gravitacionales de alta frecuencia creadas por las colisiones entre agujeros negros relativamente pequeños se pueden captar con detectores terrestres y se observaron por primera vez en 2015. Sin embargo, no se encontró evidencia de la existencia de las ondas más lentas y potentes hasta el año pasado.
Varios grupos de astrónomos de todo el mundo han ensamblado detectores de ondas gravitacionales a escala galáctica observando de cerca el comportamiento de grupos de tipos particulares de estrellas. Nuestro experimento, el MeerKAT Pulsar Timing Array, es el más grande de estos detectores a escala galáctica.
Hoy hemos anunciado más evidencia de ondas gravitacionales de baja frecuencia, pero con algunas diferencias intrigantes con respecto a los resultados anteriores. En tan solo un tercio del tiempo que otros experimentos han empleado, hemos encontrado una señal que sugiere un universo más activo de lo previsto. También hemos podido cartografiar la arquitectura cósmica que dejaron las galaxias fusionadas con más precisión que nunca.
Agujeros negros, galaxias y púlsares
Los científicos creen que en el centro de la mayoría de las galaxias vive un objeto gigantesco conocido como agujero negro supermasivo. A pesar de su enorme masa (miles de millones de veces la masa de nuestro Sol), estos gigantes cósmicos son difíciles de estudiar. Los astrónomos conocen los agujeros negros supermasivos desde hace décadas, pero sólo observaron uno directamente por primera vez en 2019.
Cuando dos galaxias se fusionan, los agujeros negros de sus centros comienzan a girar en espiral uno hacia el otro. En este proceso, envían ondas gravitacionales lentas y potentes que nos dan la oportunidad de estudiarlos.
Lo hacemos utilizando otro grupo de objetos cósmicos exóticos: los púlsares. Se trata de estrellas extremadamente densas compuestas principalmente de neutrones, que pueden tener aproximadamente el tamaño de una ciudad, pero el doble de peso que el Sol.
Los púlsares giran cientos de veces por segundo. A medida que giran, actúan como faros, golpeando la Tierra con pulsos de radiación desde miles de años luz de distancia. En el caso de algunos púlsares, podemos predecir cuándo nos alcanzará ese pulso con una precisión de nanosegundos.
Nuestros detectores de ondas gravitacionales hacen uso de este hecho. Si observamos muchos púlsares durante el mismo período de tiempo y nos equivocamos sobre cuándo nos alcanzarán los pulsos de una manera muy específica, sabemos que una onda gravitacional está estirando o apretando el espacio entre la Tierra y los púlsares.
Sin embargo, en lugar de ver una sola onda, esperamos ver un océano cósmico lleno de ondas que se entrecruzan en todas direcciones: las ondas que se hacen eco de todas las fusiones galácticas en la historia del universo. A esto lo llamamos el fondo de ondas gravitacionales.
Una señal sorprendentemente fuerte y un intrigante “punto caliente”
Para detectar el fondo de ondas gravitacionales, utilizamos el radiotelescopio MeerKAT en Sudáfrica. MeerKAT es uno de los radiotelescopios más sensibles del mundo.
Como parte del MeerKAT Pulsar Timing Array, ha estado observando un grupo de 83 púlsares durante unos cinco años, midiendo con precisión cuándo llegan sus pulsos a la Tierra. Esto nos llevó a encontrar un patrón asociado con un fondo de ondas gravitacionales, solo que es un poco diferente de lo que otros experimentos han encontrado.
El patrón, que representa cómo el espacio y el tiempo entre la Tierra y los púlsares se modifican por las ondas gravitacionales que pasan entre ellos, es más potente de lo esperado.
Esto podría significar que hay más agujeros negros supermasivos orbitando entre sí de lo que pensábamos. Si es así, esto plantea más preguntas, porque nuestras teorías existentes sugieren que debería haber menos agujeros negros supermasivos de los que parecemos estar viendo.
El tamaño de nuestro detector y la sensibilidad del telescopio MeerKAT significan que podemos evaluar el fondo con extrema precisión. Esto nos permitió crear los mapas más detallados del fondo de ondas gravitacionales hasta la fecha. Mapear el fondo de esta manera es esencial para comprender la arquitectura cósmica de nuestro universo.
Incluso puede llevarnos a la fuente última de las señales de ondas gravitacionales que observamos. Si bien creemos que es probable que el fondo surja de las interacciones de estos agujeros negros colosales, también podría provenir de cambios en el universo primitivo y energético después del Big Bang, o quizás incluso de eventos más exóticos.
Los mapas que hemos creado muestran un intrigante “punto caliente” de actividad de ondas gravitacionales en el cielo del hemisferio sur. Este tipo de irregularidad respalda la idea de un fondo creado por agujeros negros supermasivos en lugar de otras alternativas.
Sin embargo, crear un detector de tamaño galáctico es increíblemente complejo y es demasiado pronto para decir si esto es genuino o una anomalía estadística. Para confirmar nuestros hallazgos, estamos trabajando para combinar nuestros nuevos datos con resultados de otras colaboraciones internacionales bajo el estandarte del International Pulsar Timing Array.
Este artículo es una traducción de otro publicado en The Conversation. Puedes leer el texto original haciendo clic aquí.
