Expertos de EU y Canadá detectan indicios de señal única de ondas gravitacionales

Un equipo internacional de científicos podría estar cerca de detectar ondas débiles en el espacio-tiempo que llenan el universo.

Pares de agujeros negros miles de millones de veces más masivos que el Sol pueden estar dando vueltas entre sí, generando ondas en el espacio mismo. El Observatorio Norteamericano de Nanohercios de Ondas Gravitacionales (NANOGrav) ha pasado más de una década utilizando radiotelescopios terrestres para buscar evidencia de estas ondas espacio-temporales creadas por gigantescos agujeros negros. Esta semana, el proyecto anunció la detección de una señal que puede ser atribuible a ondas gravitacionales, aunque los miembros no están listos para reclamar el éxito.

Las ondas gravitacionales fueron teorizadas por primera vez por Albert Einstein en 1916, pero no fueron detectadas directamente hasta casi un siglo después. Einstein demostró que, en lugar de ser un telón de fondo rígido para el universo, el espacio es un tejido flexible que está deformado y curvado por objetos masivos e indisolublemente vinculado con el tiempo. En 2015, una colaboración entre el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) con sede en EU Y el interferómetro Virgo en Europa anunció la primera detección directa de ondas gravitacionales: Emanaban de dos agujeros negros, cada uno con una masa aproximadamente 30 veces mayor. que el Sol, dando vueltas entre sí y fusionándose.

En un nuevo artículo publicado en la edición de enero de 2021 de Astrophysical Journal Supplements, el proyecto NANOGrav informa la detección de fluctuaciones inexplicables, consistentes con los efectos de las ondas gravitacionales, en el tiempo de 45 púlsares repartidos por el cielo y medidos en un lapso de 12 1/2 años.

Los púlsares son densas pepitas de material que quedan después de que una estrella explota como supernova. Como se ve desde la Tierra, los púlsares parecen parpadear. En realidad, la luz proviene de dos haces fijos que emanan de lados opuestos del púlsar mientras gira, como un faro. Si las ondas gravitacionales pasan entre un púlsar y la Tierra, el sutil estiramiento y contracción del espacio-tiempo parecería introducir una pequeña desviación en la sincronización regular del púlsar. Pero este efecto es sutil, y se sabe que más de una docena de otros factores también influyen en la sincronización del púlsar. Una parte importante del trabajo realizado por NANOGrav es restar esos factores de los datos de tiempo para cada púlsar antes de buscar señales de ondas gravitacionales.

LIGO y Virgo detectan ondas gravitacionales de pares individuales de agujeros negros (u otros objetos densos llamados estrellas de neutrones). Por el contrario, NANOGrav está buscando un "fondo" de onda gravitacional persistente, o la combinación de ondas ruidosas creadas durante miles de millones de años por incontables pares de agujeros negros supermasivos que orbitan entre sí a través del universo. Estos objetos producen ondas gravitacionales con longitudes de onda mucho más largas que las detectadas por LIGO y Virgo, tan largas que pueden pasar años para que una sola onda pase por un detector estacionario. Entonces, mientras LIGO y Virgo pueden detectar miles de ondas por segundo, la búsqueda de NANOGrav requiere años de datos.

Tan tentador como es el último hallazgo, el equipo de NANOGrav no está listo para afirmar que ha encontrado evidencia de un fondo de ondas gravitacionales. ¿Por qué la vacilación? Para confirmar la detección directa de una firma de ondas gravitacionales, los investigadores de NANOGrav tendrán que encontrar un patrón distintivo en las señales entre púlsares individuales. Según la teoría de la relatividad general de Einstein, el efecto del fondo de la onda gravitacional debería influir en la sincronización de los púlsares de manera ligeramente diferente en función de sus posiciones entre sí.

En este punto, la señal es demasiado débil para que dicho patrón sea distinguible. Impulsar la señal requerirá que NANOGrav expanda su conjunto de datos para incluir más púlsares estudiados durante períodos de tiempo aún más largos, lo que aumentará la sensibilidad de la matriz. NANOGrav también está agrupando sus datos con los de otros experimentos de matriz de temporización de púlsar en un esfuerzo conjunto de International Pulsar Timing Array, una colaboración de investigadores que utilizan los radiotelescopios más grandes del mundo.

"Tratar de detectar ondas gravitacionales con una matriz de temporización de púlsar requiere paciencia", dijo Scott Ransom, del Observatorio Nacional de Radioastronomía y actual presidente de NANOGrav. "Actualmente estamos analizando más de una docena de años de datos, pero una detección definitiva probablemente llevará un par más. Es genial que estos nuevos resultados sean exactamente lo que esperaríamos ver a medida que nos acercamos a una detección".

El equipo de NANOGrav discutió sus hallazgos en una conferencia de prensa el 11 de enero en la 237a reunión de la Sociedad Astronómica Americana, celebrada virtualmente del 10 al 15 de enero. Michele Vallisneri y Joseph Lazio, ambos astrofísicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y Zaven Arzoumanian del Goddard Space Flight Center de la NASA en Maryland son coautores del artículo. Joseph Simon, investigador de la Universidad de Colorado Boulder y autor principal del artículo, realizó gran parte del análisis del artículo como investigador postdoctoral en el JPL. Varios becarios postdoctorales de la NASA han participado en la investigación de NANOGrav mientras estaban en el JPL. NANOGrav es una colaboración de astrofísicos estadounidenses y canadienses.