Más evidencias a favor del fondo de ondas gravitacionales

La radiación del pulsar PSR B1509-58 (una estrella de neutrones con una velocidad de rotación altísima) provoca que el gas a su alrededor brille de color en esta imagen en rayos X, e ilumina el resto de la nebulosa, vista en infrarrojos.

Un nuevo trabajo ha permitido presentar más pruebas que demuestran la existencia del fondo de ondas gravitacionales. Algo muy importante porque ofrece la oportunidad de estudiar el universo de una manera que, hasta ahora, no era posible. Es un paso adelante en un trabajo que viene desarrollándose desde hace años…

Las pistas del fondo de ondas gravitacionales

El fondo de ondas gravitacionales se detectó por primera vez en 2016. El anuncio se realizó tras la publicación de un primer conjunto de datos, tomados por el European Pulsar Timing Array. Un proyecto en el que se combinan cinco radiotelescopios para observar una serie de púlsares. El objetivo es detectar ondas gravitacionales. Ahora, se ha publicado un segundo conjunto de datos, al que se ha incorporado también el Indian Pulsar Timing Array. Ambos estudios confirman la existencia del fondo de ondas gravitacionales. La teoría más reciente, sugiere que lo que muestra este fondo es la señal combinada de las diferentes colisiones de agujeros negros supermasivos.

Simulación de la colisión de dos agujeros negros y la emisión de ondas gravitacionales. Crédito: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

Las ondas gravitacionales son ondas en el tejido del espacio-tiempo, provocadas por los procesos más violentos del universo. Albert Einstein, en su teoría de la relatividad general, publicada en 1916, ya predecía que este tipo de ondas debían existir. Se cree que las ondas se producen por la aceleración de masas. Es decir, por fenómenos tales como la colisión de agujeros negros o las colisiones de estrellas de neutrones. Estas ondas pueden viajar por el espacio libremente, sin verse obstaculizadas por nada que se encuentren en su camino.

La existencia de las ondas gravitacionales se confirmó en septiembre de 2015. La colaboración LIGO detectó las ondas gravitacionales emitidas por la colisión de dos agujeros negros a 1300 millones de años-luz. Desde entonces, ha habido multitud de detecciones de todo tipo de fenómenos. Los observatorios de LIGO ahora están acompañados por VIRGO y KAGRA. En un futuro cercano, serán acompañados por LISA, un ambicioso observatorio espacial que intentará detectar ondas gravitacionales incluso más tenues que lo que ya se puede captar.

La importancia del fondo de ondas gravitacionales

El fondo de ondas gravitacionales es una distribución al azar de ondas gravitacionales que está presente en todo el cosmos. Esto es lo que se detectó con el European Pulsar Timing Array. Este fondo, se plantea, tiene lugar por la superposición de diferentes ondas gravitacionales, provocadas por, como ejemplo, sistemas binarios de agujeros negros que colisionan entre sí. La observación de este fondo podría ser tremendamente útil. Al igual que sucede con la radiación de fondo de microondas, debería ofrecer una oportunidad fantástica para estudiar el cosmos en su conjunto.

Esto no habría sido posible sin la colaboración de los diferentes proyectos involucrados. Además de los ya mencionados European Pulsar Timing Array y Indian Pulsar Timing Array, hay que sumar al American Nanohertz Observatory y el Parkes Pulsar Timing Array. Aunque, llegados a este punto, podríamos preguntarnos qué son los pulsar timing arrays (se suele abreviar como PTA, por las siglas en inglés). Se trata de una red de púlsares galácticos (es decir, en la Vía Láctea) que se observan y analizan para detectar patrones en la frecuencia de llegada de sus pulsos a la Tierra.

En esencia, los PTAs funcionan como detectores del tamaño de la galaxia. Se pueden utilizar para diferentes propósitos pero, sin duda, el mejor conocido es el de emplear un array (una matriz o formación) de púlsares de milisegundo (es decir, tardan menos de un segundo en rotar sobre sí mismos) para detectar y analizar el fondo de ondas gravitacionales de longitud de onda larga. El estudio, publicado por un grupo de investigadores, explora las implicaciones de esa señal común, de baja frecuencia, observada en los últimos datos publicados por los sistemas que observan PTAs.

Las pistas son muy robustas

El equipo de investigadores ha creado una base de datos a partir de los cuatro conjuntos de datos diferentes (de los respectivos observatorios). Su objetivo era obtener una señal que estuviese compuesta, únicamente, por datos de alta calidad. La conclusión, al final, no dejaba ningún lugar a las dudas. Hay más evidencias de que, realmente, ese fondo de ondas gravitacionales existe. Con el paso del tiempo, habrá más proyectos de Pulsar Timing Arrays en funcionamiento. Por lo que es cuestión de tiempo que se pueda estudiar con más claridad.

Concepto artístico del observatorio LISA. Crédito: NASA

Llegará un momento en el que se pueda distinguir fácilmente el fondo de ondas gravitacionales de baja frecuencia. El objetivo de la misión, en este momento, es interpretar los detalles de todas estas señales, para aprovechar al máximo la oportunidad de explorar el universo a través de esta nueva herramienta. A fin de cuentas, ofrece la oportunidad de obtener información que no está disponible por medio de ningún otro método. Podría ayudar a estudiar sistemas binarios de agujeros negros antiguos. Así como permitir comprender mejor los procesos de la infancia del cosmos.

Incluso, se espera que ayude a entender mejor los primeros momentos del universo. Esto ayudaría a entender períodos como el de la inflación, en el que, en una fracción de segundo, el universo se expandió de una manera dramática. Es importante tener presente que, por ahora, se considera que el principal responsable de este fondo es el cúmulo de colisiones de agujeros negros. Sin embargo, es necesario seguir profundizando con nuevas observaciones y análisis para tener una imagen mucho más completa. En los próximos años, sin duda, habrá muchas más novedades.

Estudio

El estudio es J. Antoniadis, P. Arumugam, S. Arumugam et al.; «The second data release from the European Pulsar Timing Array: IV. Implications for massive black holes, dark matter and the early Universe». Puede consultarse en arXiv, en este enlace.

Referencias: Universe Today

Alex Riveiro: Divulgador científico. Autor de "Hacia las estrellas: una breve guía del universo", "Más allá de las estrellas: ¿estamos solos en el universo?" y la saga de ciencia ficción "Ecos de un futuro distante". Colaborador en eltiempo.es y Otros Mundos. También en Twitter, YouTube, Twitch e iVoox.
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