El 28 de junio, decenas de entusiastas de la astronomía se reunieron en el campus de la Universidad de Utah para ver una transmisión en vivo de un anuncio misterioso. Durante las semanas anteriores, los científicos en Twitter, TikTok e IRL habían estado en suspenso, esperando los resultados del Observatorio de ondas gravitacionales de nanohercios de América del Norte (NANOGrav) de 15 años de datos. Un nanógrafo ha confirmado lo que se sospechaba desde hace mucho tiempo: las ondas gravitacionales se propagan por todo el universo, emitiendo una sinfonía de tono bajo que deforma el tejido del espacio y el tiempo.
Tanmoy Lasker, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de la U, organizó el grupo de observación. Hable con AtTheU para discutir los resultados.
¿Por qué la comunidad astrofísica se siente acerca de este anuncio?
Esto es muy emocionante porque nuestras teorías astrofísicas y cosmológicas actuales nos dicen que el universo debe estar lleno de estas ondas gravitacionales, y con estos nuevos resultados, la evidencia de la existencia de este fondo de ondas gravitacionales es mucho más fuerte. Además, varios equipos globales publicaron sus conjuntos de datos independientes el mismo día y cada equipo encontró pruebas sólidas de la existencia de este fondo de ondas gravitacionales, lo que significa que esta señal es muy real.
¿Cómo descubrió la colaboración las ondas gravitacionales?
Las ondas gravitacionales son esencialmente pequeñas expansiones y compresiones en el espacio y el tiempo. Esto significa que si queremos detectar una onda gravitacional que pasa, necesitamos medir pequeñas perturbaciones en la distancia entre masas que flotan libremente o la diferencia de tiempo entre dos horas de caída libre. Pero las ondas gravitacionales de fondo que han sido el foco de los nuevos estudios incluyen ondas de longitudes de onda extremadamente largas, decenas de años luz. Esto significa que necesitamos horas o bloques separados por cientos de años luz para detectarlos.
Para navegar esto, NANOGrav y sus experimentos hermanos utilizaron una técnica llamada sincronización de púlsares. Los púlsares giran rápidamente y las estrellas extremadamente densas acumulan la masa de nuestro Sol en el tamaño de una pequeña ciudad. Fueron descubiertos en 1967 por Dame Jocelyn Bell Burnell como objetos extraterrestres que producen pulsos de radio regulares. Los pulsos de radio de los púlsares tienden a ser muy regulares porque se comportan de manera similar a las balizas. Si miras un faro desde la orilla, su haz de luz giratorio parpadeará hacia ti a intervalos regulares. Los púlsares funcionan de la misma manera, pero emiten ráfagas de radiación hacia la Tierra a medida que giran.
Los astrónomos se dieron cuenta de que un grupo de púlsares dispersos por nuestra galaxia podría usarse como una cuadrícula de relojes. Al cronometrar la llegada de los pulsos de estos púlsares, uno podría buscar ondas gravitacionales pasajeras que interrumpirían los pulsos de radio que normalmente llegan como un reloj. El seguimiento de una gran cantidad de púlsares en busca de perturbaciones es mucho más confiable. La idea es que si pasa una onda gravitacional, no solo habrá desfases en el tiempo de llegada de los púlsares de cada púlsar con respecto a sus tiempos esperados, sino que estos efectos se relacionarán de manera predecible entre diferentes púlsares dependiendo de la orientación de cada púlsar y la distancia a la Tierra.
Por supuesto, todavía hay muchas influencias diferentes a tener en cuenta, incluido el movimiento de la Tierra y los planetas en el sistema solar y la desaceleración de cada púlsar a medida que pierde energía lentamente. ¡Sin mencionar el hecho de que las ondas gravitacionales tienen longitudes de onda que corresponden a varios años en la Tierra, lo que significa que las observaciones deben recopilarse durante más de una década para poder detectarlas!
Credito de imagen: Tanmoy Lasker
Tanmoy Laskar ha presentado una transmisión en vivo del anuncio de NANOGrav.
¿Cuál es la causa de las señales de ondas gravitacionales?
El origen de la onda gravitacional no es definitivo, en parte porque la tecnología de matriz de púlsares es indirecta y en parte porque los datos aún no han alcanzado la sensibilidad para poder resolver las fuentes individuales. La señal observada parece ser consistente con las predicciones teóricas de ondas gravitacionales producidas por sistemas binarios que incluyen agujeros negros supermasivos, aunque aún no se pueden descartar escenarios más exóticos.
Leí que este hallazgo es consistente con la teoría general de la relatividad de Einstein. ¿Cómo es eso?
Podemos estimar cuántos agujeros negros binarios esperamos que haya en el universo porque sabemos cómo afectan la formación y el crecimiento de las galaxias. Sabiendo esto, podemos usar la teoría general de la relatividad de Einstein para calcular cuán «alto» es el fondo de ondas gravitacionales. La señal de NANOGrav es consistente con esta predicción, por lo que indirectamente esta es otra prueba de la teoría general de la relatividad.
¿Este descubrimiento afecta la forma en que piensa sobre el enfoque de su investigación?
Estoy estudiando fuentes individuales de ondas gravitacionales que también emiten luz, en particular, la fusión de estrellas de neutrones. Creo que aprender sobre las ondas gravitacionales de diferentes fuentes astrofísicas y con diferentes técnicas nos ayuda a desarrollar una mejor comprensión de cómo se producen las ondas gravitacionales. También nos brinda más oportunidades de usar ondas gravitacionales para probar la física fundamental, como la teoría de la relatividad de Einstein, en muchas escalas de magnitud y energía diferentes.
¿Cómo cambia esto lo que sabemos sobre el universo?
El fondo de ondas gravitacionales es para el sistema de matriz de tiempo de púlsar un poco como ir a una fiesta, ya que hay mucha charla en el fondo, pero no podemos entender lo que dice cada individuo. A medida que los astrónomos recopilan más datos de tiempo a lo largo de los años, es posible que podamos comenzar a resolver fuentes individuales de ondas gravitacionales, que es como seleccionar conversaciones individuales en una fiesta. Los sucesores de la generación actual de experimentos de matriz de tiempo de púlsar también podrían detectar el zumbido muy débil de las ondas gravitacionales que se espera que se produzcan en el nacimiento del universo, que todavía bailan alrededor del universo hoy en día. ¡Ese sería otro gran descubrimiento!
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