Eduardo Martínez de la FeUna 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.
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Paso importante
El 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
Estos 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
Esta 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
Para 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
Common-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
Parece que las pruebas, pueden confirmar la existencia de las ondas gravitacionales, eso da un salto adelante en cosmologia relativista!