Tras 15 años de recopilación de datos, los científicos han logrado «escuchar» finalmente el coro perpetuo de ondas gravitacionales que recorren nuestro universo, y es más fuerte de lo esperado.

En esta interpretación artística, un par de agujeros negros supermasivos (arriba a la izquierda) emiten ondas gravitacionales que se propagan a través del tejido del espacio-tiempo. Esas ondas gravitacionales comprimen y estiran los caminos de las ondas de radio emitidas por los púlsares (blanco). Al medir cuidadosamente las ondas de radio, un equipo de científicos realizó recientemente la primera detección del fondo de ondas gravitacionales del universo. Crédito: Aurore Simonnet/NANOGrav.

Las primeras ondas gravitacionales jamás detectadas fueron generadas por la fusión de dos agujeros negros supermasivos. Pero a pesar de ese logro, todavía siguen siendo increíblemente difíciles de detectar. De hecho, hubo casi exactamente 100 años entre la propuesta inicial de Einstein y su descubrimiento, y eso se debe en gran parte a su longitud de onda.

Hasta ahora, solo hemos podido detectar ondas gravitacionales cuando estaban en su longitud de onda más corta, justo antes y durante la fusión de los objetos que crean esas ondas. A medida que dos objetos masivos orbitan cada vez más cerca antes de fusionarse, comienzan a orbitar cada vez más rápido. Y a medida que orbitan más rápido, las ondas gravitacionales que emiten también aumentan en frecuencia (vibran más rápido) y se acortan en longitud de onda.

Pero también queremos poder detectar el resto de las longitudes de onda, lo que los científicos llaman «fondo». Y eso es justamente lo que acaba de anunciarse hoy mismo.

«Estas son, con mucho, las ondas gravitacionales más poderosas que se conocen», dijo en un comunicado de prensa la codirectora del Centro de Física Fronteriza NANOgrav, Maura McLaughlin. «Detectar ondas gravitacionales tan gigantescas requiere un detector igualmente enorme y paciencia».

Dado que ningún detector hecho por humanos podría ser tan grande, los científicos dirigieron sus esperanzas a las estrellas. Específicamente, recurrieron a los púlsares, un tipo de estrella de neutrones que gira increíblemente rápido. Básicamente, ese giro hace que las estrellas actúen como faros y creen destellos de luz que llegan a la Tierra en intervalos increíblemente constantes. Hasta hace unos pocos años, se podía medir el tiempo con un púlsar mejor que con un reloj atómico —y eso solo cambió porque mejoramos en la fabricación de relojes atómicos—.

Y los investigadores pudieron usar esa consistencia a su favor. El equipo de NANOGrav tomó 67 púlsares similares a metrónomos y básicamente los convirtió en un telescopio para toda la galaxia. El equipo tomó nota cuidadosa de la frecuencia con la que enviaban sus rayos de luz hacia nosotros. Entonces, siguieron observando. Por 15 años.

Relojes cósmicos

Los investigadores estaban buscando el momento cuando las ondas gravitacionales atraviesan una región y físicamente estiran y comprimen el espacio. Esto significa que si una onda pasa entre nosotros y un púlsar, la cantidad real de espacio entre los dos objetos cambiará. El púlsar estará más cerca o más lejos de nosotros a medida que la onda gravitacional lo atraviese sin que ni la estrella ni la Tierra se hayan movido en absoluto.

Y aquí está la clave: la luz viaja por el espacio a una velocidad finita. Los destellos de un púlsar a cierta distancia siempre llegarán a la Tierra a los mismos intervalos, porque la luz siempre tardará la misma cantidad de tiempo en viajar de allí a aquí. Pero si de repente hay, digamos, más espacio entre el púlsar y nuestro planeta, la luz tardará más en viajar desde allí hasta aquí, y la sincronización similar a la de un reloj se desviará.

Ilustración de un púlsar como si fuera un reloj. Crédito: MysteryPlanet.com.ar.

Observar el reloj de su púlsar durante 15 años les dio a los científicos la oportunidad de dejar pasar esas ondas gravitacionales largas y dejar su marca en el tiempo de los púlsares. Y encontraron lo que buscaban. A través de los cambios en el tiempo de sus púlsares, finalmente pudieron «escuchar» el fondo de ondas gravitacionales que habían estado buscando.

«Es como escuchar un coro, con todos estos pares de agujeros negros supermasivos resonando en diferentes frecuencias», dijo Chiara Mingarelli, científica de NANOGrav que trabajó en los nuevos hallazgos. «Esta es la primera evidencia del fondo de ondas gravitacionales. Hemos abierto una nueva ventana de observación del universo».

Universo con volumen elevado

Y resulta que el universo es ruidoso. No solo está el fondo allí, sino que es más fuerte de lo pensado.

«El fondo de ondas gravitacionales es aproximadamente el doble de fuerte de lo que esperaba», destacó Mingarelli. «Está realmente en el extremo superior de lo que nuestros modelos pueden crear a partir de agujeros negros supermasivos».

Hay algunas razones potenciales para ese «volumen» excesivo. Por un lado, podría haber muchos más agujeros negros fusionándose de lo que pensábamos que había. Por otro, la teoría de cuerdas sugiere que podría haber deformaciones en el espacio-tiempo llamadas «cuerdas cósmicas» que producen las ondas. Si crees en el Big Bounce en lugar del Big Bang, las ondas también podrían provenir de eso. Y siempre existe la posibilidad de que los púlsares no sean tan perfectos como pensábamos.

Hay planes para investigar todo esto —y más— ahora que estos datos están en el mundo. Pero tal como está, parece que las consecuencias del actual hallazgo resonarán por bastante tiempo. Y no es solo NANOGrav. En este momento se están publicando documentos de múltiples colaboraciones que abarcan varios países que apuntan a lo mismo: sí, esto es real, y sí, esto está ahí fuera.

Un nuevo mundo

La detección del fondo de ondas gravitacionales abrirá una vía de estudio completamente nueva para que los científicos investiguen los mayores misterios de nuestro universo, desde las estrellas de neutrones hasta la formación de galaxias. Incluso puede —si somos tan afortunados como los investigadores creen que seremos— permitirnos probar una física completamente nueva y llenar algunos de los vacíos en el modelo estándar.

En un podcast reciente, Mingarelli explicó que hacemos toda nuestra exploración del universo mediante el uso de paquetes de luz llamados fotones. Cada vez que hicimos uso de una nueva longitud de onda de luz (infrarroja, radio, etc.), abrimos toda una vía de exploración. Pero la primera vez que nos dimos cuenta de que diferentes longitudes de onda transportaban información diferente, abrió no solo una nueva vía, sino un mundo completamente nuevo.

La científica describió la importancia de este logro como similar al primer descubrimiento de múltiples longitudes de onda. En resumen, vamos a poder explorar el universo como literalmente nunca antes.

«Lo que sigue es todo. Y este es solo el comienzo», concluyó Mingarelli.

Fuente: EurekAlert/PopSci. Edición: MP.

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 1 comentario
Comentarios
Jul 4, 2023
19:22
#1 Luis Marchena Gutiérrez:

En lo ignoto del cosmos todo es posible. ¿Por qué no hablan de la ciencia cuántica y de la física cuántica y todo lo relativo a ella? Todo lo que investigan y estudian y suponiendo que ya tienen pleno conocimiento, ¿por qué lo dan a conocer después de diez años o más? Creo que hay cosas importantes que debe de saber la humanidad.

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