Todavía no se atreven a hablar de un descubrimiento, pero los astrofísicos han encontrado «indicaciones muy fuertes» de que hay un ruido de fondo constante de ondas gravitacionales en el universo. Las pistas provienen de grupos de investigación independientes que utilizan radiotelescopios en los Estados Unidos, Australia, China, India y Europa. Presentaron sus resultados el jueves en varios artículos científicos que aparecieron simultáneamente en el servidor de preimpresión ArXiv.
Estas ondas gravitacionales de frecuencia ultrabaja pueden ofrecer una nueva visión del universo. Gracias a las primeras ondas gravitacionales, los astrónomos no solo pueden mirar el universo con telescopios, sino también escucharlo, con detectores de ondas gravitacionales. Las ondas gravitacionales de frecuencia ultrabaja amplían ese sentido del oído.
Ruido de fondo
Las ondas gravitacionales son vibraciones diminutas del espacio-tiempo que surgen, por ejemplo, cuando chocan dos agujeros negros o estrellas de neutrones compactas. Esas vibraciones se propagan por el universo como las ondas en un estanque cuando le arrojas una piedra.
A finales de 2015, los detectores americanos LIGO midieron por primera vez una onda gravitatoria, 100 años después de que Albert Einstein predijera su existencia. Las ondas gravitacionales que LIGO y otros detectores, como Virgo en Italia, han observado desde entonces, duran una fracción de segundo, tienen una alta frecuencia (de varios a diez mil hercios) y son emitidas principalmente por la colisión de agujeros negros de varias decenas de veces más masivo que el Sol.
Los nuevos resultados se refieren a vibraciones del espacio-tiempo con frecuencias mucho más bajas, hasta unas pocas mil millonésimas de hercio, que crean un ruido de fondo constante. Probablemente provienen de agujeros negros supermasivos en órbita. Debido a que este es un proceso lento y debido a que probablemente haya innumerables de estos pares supermasivos, crean un ruido constante de ondas gravitacionales en el universo.
Relojes cósmicos
Las ondas gravitacionales de frecuencia ultrabaja tienen longitudes de onda extremadamente largas. Se extienden por decenas de miles de billones de kilómetros (años luz). Por eso no se pueden medir con detectores de ondas gravitacionales de varios kilómetros de longitud, como LIGO. Los astrofísicos usan una técnica diferente en la que usan radiotelescopios para monitorear púlsares, estrellas que giran rápidamente.
Uno de los grupos que trabaja con esto es el European Pulsar Timing Array (EPTA), del que forma parte el radiotelescopio Westerbork. “En EPTA, hemos observado 25 púlsares en promedio una vez al mes durante 10 a 25 años”, dice Emma van der Wateren, candidata a doctorado en el Instituto Holandés de Radioastronomía Astron y la Universidad Radboud. “Esos púlsares están dispersos por toda la Vía Láctea. Eso nos da un detector de ondas gravitacionales del tamaño de la Vía Láctea, lo suficientemente grande para las ondas gravitacionales de frecuencia ultrabaja”.
Los púlsares son estrellas masivas extintas que giran a la velocidad del rayo mientras emiten un haz de ondas de radio, como un faro cósmico. Cada vez que ese haz de radio pasa junto a la Tierra, los radiotelescopios detectan un pulso de radio. Esos pulsos son muy regulares, como el tictac de un reloj cósmico, porque la velocidad a la que giran los púlsares es extremadamente estable.
Dado que estamos buscando ondas gravitacionales con un período de semanas o años, necesitamos medir durante mucho tiempo.
gemma jansen astrofísico
Para detectar ondas gravitacionales, los astrofísicos buscan una pequeña desviación en los pulsos de los llamados púlsares de milisegundos: púlsares con un pulso de radio cada pocos milisegundos. Una onda gravitatoria ondulante hace que el espacio-tiempo, y por lo tanto la distancia, entre la Tierra y el púlsar se encoja y estire temporalmente, solo un metro cada 9,5 billones de kilómetros. Como resultado, los pulsos de radio llegan un poco antes o después.
«Debido a que estamos buscando ondas gravitacionales con un período de semanas o años, tenemos que medir durante mucho tiempo», dice la astrofísica Gemma Janssen, también de la Universidad de Astron y Radboud. «Es detección en cámara lenta».
Prometedor
Pero ahora ha llegado el momento. Janssen: «Encontramos indicios muy fuertes de la existencia de un ruido de fondo de ondas gravitacionales de frecuencia ultra baja».
Los otros grupos de investigación llegan a resultados similares. La colaboración estadounidense NANOGrav recolectó medidas de 68 púlsares durante un período de 15 años. Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) de Australia tiene de 18 a 21 años de datos de 32 púlsares. Y el Pulsar Timing Array (CPTA) de China observó 57 púlsares durante 41 meses. NANOGrav es un poco más seguro que EPTA y habla de «pruebas muy sólidas». Pero también piensan que todavía es demasiado pronto para hablar de un descubrimiento.
Es una forma alternativa fantástica de ver el universo.
Chris Van Den Broek Universidad de Utrecht
«Parece prometedor», dice Chris Van Den Broeck, de la Universidad de Utrecht, el instituto de investigación Nikhef y está involucrado en los detectores Virgo y LIGO. “Creo que pronto podrán hablar de un descubrimiento. Eso sería interesante, porque es una forma alternativa fantástica de ver el universo con ondas gravitacionales”.
La primera detección de ondas gravitacionales de frecuencia ultrabaja es solo el comienzo. Van der Wateren: «Entonces podemos usarlos para aprender más sobre la formación de agujeros negros supermasivos y las galaxias en las que residen, por ejemplo».