Astrónomos “escuchan” el zumbido de unas poderosas ondas gravitacionales en el espacio por primera vez en la historia

(CNN / Futuro 360) – Los astrónomos han podido “escuchar” el zumbido celestial de poderosas ondas gravitacionales, creadas por colisiones entre agujeros negros, resonando en todo el universo, por primera vez.

Sus observaciones revelan que las ondas, incluidas algunas que se ondulan lentamente a medida que pasan por nuestra galaxia, la Vía Láctea, ocurren en diferentes frecuencias y oscilan durante décadas.

El descubrimiento podría ayudar a los científicos a comprender mejor los fenómenos cósmicos como los agujeros negros supermasivos y la frecuencia con la que se fusionan las galaxias.

Las ondas gravitacionales, predichas inicialmente por Albert Einstein en 1916, son ondas en el espacio-tiempo que se detectaron por primera vez en 2015.

“But we’ve already seen gravitational waves!” you say. Yes but like electromagnetic waves (aka light), gravitational waves come in different frequencies. NANOGrav is uniquely positioned to look for low-frequency ones. More details on that here: https://t.co/BxcDHUhY52

— Chanda Prescod-Weinstein is tenured now (@IBJIYONGI) June 25, 2023

Los astrónomos encontraron las ondas rastreando púlsares, o los restos densos de núcleos que pertenecen a estrellas masivas después de que explotan en una supernova, a través de la Vía Láctea. Los púlsares son como faros estelares, que giran rápidamente y liberan haces de ondas de radio que parecen “pulsar” cuando se ven a través de telescopios terrestres. Los púlsares pueden girar cientos de veces cada segundo, y la precisión estable de los pulsos los hace tan confiables como los relojes cósmicos.

Cuando las ondas gravitacionales pasan entre la Tierra y un púlsar, se interrumpe la sincronización de las ondas de radio del púlsar. Einstein teorizó que las ondas gravitacionales estirarían y comprimirían el espacio a medida que se movieran por el universo, lo que afectaría la forma en que viajan las ondas de radio. Esto significa que algunos de los pulsos llegan a la Tierra una fracción de segundo antes o después de lo esperado.

Más de 190 científicos se propusieron descubrir las frecuencias de las ondas gravitacionales como parte de la colaboración del Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionales, también conocido como NANOGrav.

Rastrearon las ondas de radio de más de 60 púlsares durante 15 años utilizando tres grandes radiotelescopios: el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico (que ya no está operativo), el Telescopio Green Bank en Virginia Occidental y el Very Large Array en Nuevo México.

Sus hallazgos aparecen en un estudio publicado el miércoles en The Astrophysical Journal Letters.

Buscando un coro celestial

Las ondas gravitacionales recién detectadas son las más poderosas jamás medidas. Probablemente, fueron causados ​​por colisiones de agujeros negros supermasivos y transportan alrededor de un millón de veces más energía que los eventos singulares detectados en los últimos años que resultaron de las fusiones de agujeros negros o estrellas de neutrones.

“Es como un coro, con todos estos pares de agujeros negros supermasivos resonando en diferentes frecuencias“, dijo en un comunicado la coautora del estudio y científica de NANOGrav Chiara Mingarelli, profesora asistente de física en la Universidad de Yale. “Esta es la primera evidencia del fondo de ondas gravitacionales. Hemos abierto una nueva ventana de observación del universo”.

El fondo de ondas gravitacionales, una especie de ruido cósmico que se ha teorizado durante mucho tiempo, pero que nunca se ha detectado, está formado por ondas gravitacionales de frecuencia ultrabaja. A medida que los agujeros negros chocan en el universo, estas ondas zumban y resuenan juntas en el fondo.

Las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz, pero los astrónomos se dieron cuenta de que una sola subida y bajada de una de las ondas podría tardar años o décadas en pasar debido al efecto dominó del espacio-tiempo.

La ilustración de un artista muestra púlsares afectados por ondas gravitacionales producidas por la fusión de un agujero negro supermasivo en una galaxia distante. Crédito: Aurore Simonnet para la Colaboración NANOGrav.

“Estamos usando un detector de ondas gravitacionales del tamaño de la galaxia que está hecho de estrellas exóticas (púlsares), lo que me deja boquiabierto”, dijo el coautor del estudio, el Dr. Scott Ransom, astrónomo del National Radio Astronomy Observatory, en una declaración.

“Nuestros datos anteriores nos dijeron que estábamos escuchando algo, pero no sabíamos qué. Ahora sabemos que es música proveniente del universo gravitacional. A medida que sigamos escuchando, es probable que podamos seleccionar las notas de los instrumentos que se tocan en esta orquesta cósmica”, dijo Ransom.

“Combinar estos resultados de ondas gravitacionales con estudios de estructura y evolución de galaxias revolucionará nuestra comprensión de la historia de nuestro Universo”.

Colisiones cataclísmicas

Los científicos creen que los agujeros negros supermasivos son en gran parte responsables de crear el fondo de ondas gravitacionales. Los agujeros negros supermasivos existen en los centros de la mayoría de las galaxias grandes. Pero a medida que las galaxias se fusionan, eventualmente sus agujeros negros comienzan a orbitar entre sí.

Estos objetos masivos, que contienen miles de millones de veces la masa de nuestro sol, bailan hasta que chocan. Cuando lo hacen, las ondas se extienden desde la galaxia anfitriona y finalmente llegan a la nuestra.

Gravitational wave background?! Yes please!

I can't wait to see what we find out from this! https://t.co/Eg0zKl2CLu pic.twitter.com/gPXsRxq9zf

— Kirsten Banks (@AstroKirsten) June 29, 2023

Se estima que existen cientos de miles, o quizás millones, de pares de agujeros negros supermasivos en todo el universo.

“En un momento, a los científicos les preocupaba que los agujeros negros supermasivos en binarios se orbitaran entre sí para siempre, sin llegar nunca a estar lo suficientemente cerca como para generar una señal como esta”, dijo el coautor del estudio, el Dr. Luke Kelley, profesor adjunto de astronomía en la Universidad de California, Berkeley, y presidente del grupo de astrofísica de NANOGrav, en un comunicado.

“Pero ahora finalmente tenemos evidencia sólida de que muchos de estos binarios extremadamente masivos y cercanos existen”, dijo Kelley. “Una vez que los dos agujeros negros se acerquen lo suficiente como para ser vistos por los conjuntos de sincronización de púlsares, nada podrá evitar que se fusionen en unos pocos millones de años”.

Pero los investigadores reconocen que no está fuera del ámbito de la posibilidad de que haya múltiples orígenes para el fondo de ondas gravitacionales, al igual que existen explicaciones alternativas de cómo comenzó el universo. El equipo continuará estudiando el fondo de ondas gravitacionales e intentará aislar fuentes individuales para determinar sus orígenes.

Representación de un artista de las ondas gravitacionales de un par de agujeros negros en órbita cercana (visible a la izquierda en la distancia). Las ondas pasan por varios púlsares y la Tierra (a la derecha). Crédito: Keyi “Onyx” Li/Nacional de EE. UU.

“El fondo de ondas gravitacionales es aproximadamente el doble de fuerte de lo que esperaba”, dijo Mingarelli. “Está realmente en el extremo superior de lo que nuestros modelos pueden crear a partir de agujeros negros supermasivos. Lo que sigue es todo. Este es solo el comienzo.”

Además, los científicos que utilizan telescopios en Europa, India, China y Australia informaron hallazgos similares también publicados el miércoles. La combinación de datos de NANOGrav con colaboradores internacionales puede proporcionar una imagen más amplia del fondo de ondas gravitacionales, dijeron los investigadores.

“Nuestros datos combinados serán mucho más poderosos”, dijo en un comunicado el coautor del estudio Stephen Taylor, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad de Vanderbilt, quien actualmente preside la colaboración NANOGrav. “Estamos emocionados de descubrir qué secretos revelarán sobre nuestro universo”.