Etiquetas

, ,

Artículo publicado el 24 de febrero de 2016 en JPL

La reciente detección de ondas gravitatorias por LIGO llegó procedente de dos agujeros negros, cada uno de unas 30 veces la masa de nuestro Sol, fusionándose en uno. Las ondas gravitatorias se extienden a lo largo de un amplio rango de frecuencias que requieren distintas tecnologías para poder detectarlas. Un nuevo estudio realizado en el North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) ha demostrado que las ondas gravitatorias de baja frecuencia podrían detectarse pronto usando los radiotelescopios actuales.

Ondas gravitatorias

Ondas gravitatorias

“Detectar esta señal es posible si lográsemos monitorizar un número lo suficientemente grande de púlsares dispersos por todo el cielo”, señala Stephen Taylor, autor principal del artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters. Es investigador de posdoctorado en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena, California. “La prueba definitiva será ver el mismo patrón de de desviaciones en todos ellos”. Taylor y sus colegas del JPL y el Instituto Tecnológico de California (Caltech) en Pasadena han estado estudiando la mejor forma de usar los púlsares para detectar señales procedentes de ondas gravitatorias de baja frecuencia. Los púlsares son estrellas de neutrones muy magnetizadas, los núcleos girando a toda velocidad que quedan después de que las estrellas masivas estallen como supernovas.

La teoría general de la relatividad de Einstein predice que las ondas gravitatorias – ondulaciones en el espacio-tiempo – emanan de objetos masivos en aceleración. Las ondas gravitatorias de nanohertz son emitidas a partir de pares de agujeros negros supermasivos que se orbitan entre sí, cada uno de los cuales con millones o miles de millones de veces la masa de los detectados por LIGO. Estos agujeros negros se originan en el centro de distintas galaxias que colisionan. Lentamente se atraen entre sí y, finalmente, se fusionan para crear un único agujero negro de tamaño mayúsculo.

Al orbitarse entre sí, los agujeros negros tiran del tejido del espacio y crean una débil señal que viaja en todas direcciones, como una vibración en una tela de araña. Cuando esta vibración pasa por la Tierra, sacude levemente nuestro planeta, provocando un desplazamiento con respecto a los lejanos púlsares. Las ondas gravitatorias formadas por agujeros negros supermasivos binarios necesitan meses, o años, para pasar por la Tierra, y requieren muchos años de observaciones para poder detectarlas.

“Las fusiones de galaxias son comunes, y creemos que hay muchas más galaxias que albergan agujeros negros supermasivos binarios, los cuales deberíamos poder detectar”, señala Joseph Lazio, uno de los coautores de Taylor, también de JPL. “Los púlsares nos permitirán ver estos objetos masivos conforme se acercan lentamente en espiral”.

Una vez que estos gigantescos agujeros negros se acercan mucho entre sí, las ondas gravitatorias son demasiado cortas como para detectarlas usando púlsares. Los interferómetros láser espaciales como eLISA, una misión que está siendo desarrollada por la Agencia Espacial Europea con participación de la NASA, trabajarían en la banda de frecuencia que puede detectar la firma de la fusión de agujeros negros supermasivos. La misión LISA Pathfinder, que incluye un sistema impulsor de estabilización gestionado por el JPL, está actualmente probando las tecnologías necesarias para la futura misión eLISA.

Encontrar pruebas de los agujeros negros supermasivos binarios ha sido una tarea difícil para los astrónomos. Los centros de las galaxias contienen muchas estrellas, e incluso los mayores agujeros negros son bastante pequeños, comparables al tamaño del Sistema Solar. Ver señales de estos objetos entre el brillo de la galaxia que los rodea es complejo.

En lugar de esto, los radioastrónomos buscan las señales gravitatorias de estos objetos binarios. En 2007, NANOGrav empezó a observar un conjunto de púlsares de rotación rápida para tratar de detectar pequeños desplazamientos provocados por ondas gravitatorias.

Los púlsares emiten haces de ondas de radio, algunos de los cuales barren la Tierra una vez en cada rotación. Los astrónomos detectan esto como un pulso rápido de emisión de radio. La mayor parte de los púlsares rotan varias veces cada segundo, pero algunos, conocidos como púlsares de milisegundo, rotan cientos de veces más rápidamente.

“Los púlsares de milisegundo tienen unos tiempos de llegada extremadamente predecibles, y nuestros instrumentos lograron medirlos con un margen de error de una diezmillonésima de segundo”, señala Maura McLaughlin, radioastrónomo en la Universidad de Virginia Occidental en Morgantown, y miembro del equipo NANOGrav. “Gracias a esto, podemos usarlos para detectar desplazamientos increíblemente pequeños en la posición de la Tierra”.

Pero los astrofísicos de JPL y Caltech advierten de que detectar ondas gravitatorias tenues requeriría algo más que unos cuantos púlsares. “Somos como una araña en el centro de la tela”, explica Michele Vallisneri, también miembro del grupo de investigación de JPL/Caltech. “Cuantas más hebras tengamos en nuestra red de púlsares, más probable será que sintamos el paso de una onda gravitatoria”.

Vallisneri dijo que para lograr esta hazaña se requerirá una colaboración internacional. “NANOGrav está actualmente monitorizando 54 púlsares, pero sólo podemos ver algunos del hemisferio sur. Tendremos que trabajar más estrechamente con nuestros colegas de Europa y Australia para lograr una cobertura de todo el cielo como requiere esta búsqueda”.

La factibilidad de este enfoque se puso en cuestión recientemente cuando un grupo de investigadores australianos de púlsares informaron de que no lograron detectar tales señales cuando analizaron un conjunto de púlsares con las medidas de sincronización más precisas. Tras estudiar el resultado, el equipo de NANOGrav determinó que esta no detección no fue una sorpresa, y que era el resultado de la combinación de unos modelos de ondas gravitatorias optimistas, y el análisis de muy pocos púlsares. Su respuesta, de una página, se publicó a través del servicio electrónico arXiv.

A pesar de los desafíos técnicos, Taylor confía en que su equipo esté en el camino adecuado. “Las ondas gravitatorias bañan la Tierra constantemente”, apunta Taylor. “Dado el número de púlsares que observa NANOGrav, y otros equipos internacionales, esperamos tener pruebas claras y convincentes de ondas gravitatorias de baja frecuencia en la próxima década”.

Para información adicional puedes visitar: http://nanograv.org/

Anuncios