Detectan el ‘clamor’ de las ondas gravitacionales en el universo

No puedes verlo ni sentirlo, pero todo lo que te rodea –incluido tu propio cuerpo– se encoge y se expande lentamente. Se trata del extraño efecto de las ondas gravitatorias que atraviesan nuestra galaxia y que distorsionan el espacio-tiempo. según un nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal Letters.

Los autores pertenecen al Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionales (NANOGrav), una colaboración internacional de más de 70 instituciones, sobre todo de EE UU, con financiación de la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF) de ese país. 

Para realizar el estudio, el equipo realizó un análisis de estrellas incandescentes conocidas como púlsares de milisegundos, que giran cientos de veces por segundo y emiten pulsos de radio como tics de relojes cósmicos de gran precisión.

Relojes cósmicos

Así descubrieron lo que parecían variaciones en el “ritmo de tic-tac” de estos púlsares, comparando datos de más de 60 de estos objetos observados en nuestra galaxia con radiotelescopios a lo largo de 15 años.

Su análisis demuestra que las variaciones están causadas por ondas gravitacionales de baja frecuencia que distorsionan el ‘tejido’ de la realidad física conocido como espacio-tiempo.

Según las conclusiones del equipo de NANOGrav, la distorsión espacial provocada por las ondas gravitacionales crea la apariencia de que la frecuencia de las señales de radio de los púlsares está cambiando.

En realidad, es el estiramiento y la compresión del espacio entre la Tierra y los púlsares lo que hace que sus pulsos de radio lleguen a la Tierra milmillonésimas de segundo antes o después de lo esperado.

Los resultados son la primera prueba del fondo de ondas gravitacionales, una especie de sopa de distorsiones del espacio-tiempo que invade todo el universo y que los científicos llevan tiempo prediciendo que existe.

“El equipo NANOGrav ha creado, en esencia, un detector a escala galáctica que revela las ondas gravitacionales que impregnan nuestro universo”, señala el director de la NSF, Sethuraman Panchanathan.

Las ondas gravitacionales fueron predichas por primera vez por Albert Einstein en 1916. No se confirmarían hasta 2015, cuando el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO) detectó ondulaciones del espacio-tiempo que atravesaban la Tierra.

Aunque la fuente de esas ondulaciones gravitacionales era una colisión de dos agujeros negros lejanos, la distorsión espacial resultante que detectó LIGO era más pequeña que el núcleo de un átomo.

En comparación, el desplazamiento temporal aparente de los púlsares medido por el equipo de NANOGrav es de unos cientos de miles de millones de segundo y representa una flexión del espacio-tiempo entre la Tierra y los púlsares de la longitud de un campo de fútbol.

Esas distorsiones espacio-temporales fueron causadas por ondas gravitatorias tan inmensas que la distancia entre dos crestas es de dos a diez años-luz, o de unos nueve a 90 billones de kilómetros.

“Se trata, con diferencia, de las ondas gravitacionales más potentes que se conocen”, afirma Maura McLaughlin, astrofísica de la Universidad de Virginia Occidental y codirectora del NANOgrav, «y detectar ondas gravitacionales tan gigantescas requiere un detector igualmente masivo, y paciencia».

Utilizando los 15 años de datos astronómicos registrados por radiotelescopios de observatorios financiados por la NSF -incluidos el Green Bank Observatory de Virginia Occidental, el Very Large Array de Socorro (Nuevo México) y el Observatorio de Arecibo (Puerto Rico)-, el equipo de NANOGrav creó un «detector» de 67 púlsares distribuidos por todo el cielo y comparó la frecuencia de tictac de pares de esos púlsares.

Mediante un sofisticado análisis de los datos, dedujeron la presencia del fondo de ondas gravitacionales causante de la distorsión del espacio, y explicaron así los aparentes cambios de sincronización de los púlsares.

Fuente en colosales agujeros negros supermasivos

“Esta es la primera prueba de la existencia de ondas gravitacionales a estas bajas frecuencias”, afirma Stephen Taylor, astrofísico de la Universidad de Vanderbilt, presidente de la colaboración NANOGrav y codirector de la investigación, quien explica: “La fuente probable de estas ondas son pares distantes de agujeros negros ultimasivos en órbita cercana”.

Los resultados del equipo aportan nuevos conocimientos sobre cómo evolucionan las galaxias y cómo crecen y se fusionan los agujeros negros supermasivos. La distorsión generalizada del espacio-tiempo que revelan sus hallazgos implica que las parejas de agujeros negros extremadamente masivos pueden estar igualmente extendidas por el universo, quizás en cientos de miles o incluso millones.

Con el tiempo, el equipo de NANOGrav espera poder identificar pares de agujeros negros supermasivos concretos rastreando las ondas gravitatorias que emiten. Incluso podrían descubrir señales de ondas gravitacionales del universo primitivo.

“Nuestros primeros datos nos indicaban que estábamos escuchando algo, pero ahora sabemos que se trata de la música del universo gravitatorio”, explica Xavier Siemens, codirector de NANOGrav y astrofísico de la Universidad Estatal de Oregón (EE UU), y adelanta: “A medida que sigamos escuchando, irán apareciendo instrumentos individuales en esta orquesta cósmica”.

Referencia:

Agazie, G. et al. “The NANOGrav 15-year Data Set: Evidence for a Gravitational-Wave Background” The Astrophysical Journal Letters (2023)

Fuente: NSF