Astrónomos anuncian importante descubrimiento de ondas gravitacionales

Según varios equipos internacionales de científicos, la estructura del universo gira constantemente a nuestro alrededor, encontrando de forma independiente pruebas convincentes de ondas de espacio-tiempo teóricas de largo período.

Las afirmaciones de que los telescopios de todo el planeta han detectado signos del «fondo de ondas gravitacionales» han emocionado a la comunidad astrofísica, que ha estado zumbando durante días en anticipación de los artículos publicados el miércoles por la noche. El descubrimiento confirma una sorprendente implicación de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que era demasiado sutil para detectar hasta ahora.

En el universo reinventado de Einstein, el espacio no está silenciosamente vacío y el tiempo no avanza de manera constante. En cambio, las poderosas interacciones gravitatorias de los objetos masivos, incluidos los agujeros negros supermasivos, ondulan continuamente el tejido del espacio y el tiempo. La imagen que emerge es un universo similar a un océano perturbado por eventos violentos en los últimos 13 mil millones de años.

El fondo de ondas gravitacionales descrito por los astrofísicos no tiene par para la existencia humana cotidiana. La invención de perder peso no se encuentra por ninguna parte. Una ola púrpura de gravedad no puede explicar por qué te sientes fuera de lugar algunos días. Pero sí ofrece una posible comprensión de la realidad física que todos habitamos.

“Medimos el movimiento de la Tierra en este océano. Pulsa alrededor, y pulsa en todas las direcciones, no solo hacia arriba y hacia abajo”, dijo Michael Lam, astrofísico del Instituto SETI y miembro del Observatorio de Nanohercios de América del Norte (NANOGrav). En Norte América. El equipo de NANOGrav publicó los hallazgos en cinco artículos publicados el miércoles en Astrophysical Journal Letters.

Equipos en Europa, India, Australia y China también observaron el fenómeno y planearon publicar sus estudios al mismo tiempo. La publicación simultánea de artículos de equipos distantes y competidores usando el mismo método se produjo solo después de cierta diplomacia científica, sin que ninguno de los equipos intentara impresionar a la otra comunidad astrofísica.

«Hemos pasado los últimos 15 años trabajando para detectar el tono bajo de las ondas gravitatorias que reverberan en todo el universo y se filtran de forma mensurable a través de nuestra galaxia», dijo Stephen Taylor, director de nanogravedad en la Universidad de Vanderbilt. Dijo en una conferencia de prensa el martes.

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«Estamos muy contentos de anunciar que nuestro arduo trabajo ha valido la pena».

Descubrimiento de estrellas muertas

Este logro se basa en descubrimientos previos de púlsares invisibles desnudos en el Universo. Un púlsar es un tipo de estrella de neutrones, el remanente ultradenso de una estrella muerta. Se llama púlsar porque gira a cientos de velocidades. revoluciones por segundo, y emite ondas de radio en un pulso constante. Los púlsares solo se descubrieron en la década de 1960, poco después del descubrimiento de los grandes radiotelescopios.

Telescopio Green Bank en la zona rural de Virginia Occidental, Carl G. en Nuevo México. Jansky recolectó datos de nanogravedad de 68 púlsares utilizando 27 telescopios del Largest Array y telescopios ahora desaparecidos. Laboratorio de Arecibo en Puerto Rico.

Los pulsos de estos extraños objetos llegan a los telescopios en la Tierra a frecuencias predecibles que actúan como relojes cósmicos, tan precisos como los sofisticados relojes atómicos de hoy, dijo Chiara Mingarelli, astrofísica de Yale y miembro del equipo de NanoGrave.

Los teóricos creían que las ondas gravitacionales de baja frecuencia podrían desviar la llegada de las señales de púlsares. Tales ondas de baja frecuencia pueden tener crestas separadas por años, de ahí la búsqueda de oleajes sutiles en el océano del espacio-tiempo. Se requiere paciencia. La desviación en los datos del púlsar es tan pequeña que se necesitaron 15 años de observaciones para obtener evidencia definitiva de estas ondas gravitacionales, dijo Mingarelli.

El equipo de NANOGrav emitió previamente informes con sugerencias preliminares de que el fondo estaba presente, pero dijo que se necesitaba más tiempo para aumentar la confianza de que la señal era real y no solo ruido.

«Incluso crear la prueba fue un gran salto mental», dijo Mingarelli.

No se discute la existencia de ondas gravitacionales. En 2016, los científicos anunciaron que su ambicioso experimento de cuatro décadas, LIGO, el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser, había detectado ondas de la fusión de dos agujeros negros. Pero las olas recientemente reportadas no son maravillas únicas, y los teóricos están dando vueltas con varias explicaciones posibles de por qué el océano cósmico se ondula de esa manera.

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Los agujeros negros supermasivos son la explicación preferida.

La mayoría de las galaxias tienen agujeros negros supermasivos en o cerca de sus núcleos. Estos agujeros negros sin duda merecen la etiqueta de «supermasivos»: normalmente tienen masas equivalentes a millones o miles de millones de soles. Por el contrario, los agujeros negros de «masa estelar» son pipsqueaks con masas como 10 o 20 o 30 soles.

Las galaxias rara vez chocan, pero el universo es muy grande, hay miles de millones de galaxias y han tenido mucho tiempo para pasar unas frente a otras. Cuando una galaxia se encuentra, dicen los teóricos, agujeros negros supermasivos En el centro de dos constelaciones Primero hará la danza de la gravedad. Pueden orbitar entre sí durante millones de años, dijo Lam. Esta fusión se llama binaria de agujero negro supermasivo.

La danza giratoria perturba el espacio-tiempo lo suficiente como para crear ondas gravitacionales de muy baja frecuencia que viajan a través del universo a la velocidad de la luz, según creen los científicos. Con el tiempo, la energía se escapa de la fiesta de baile y los agujeros negros supermasivos se acercan, acortando su período orbital a unas pocas décadas. En ese momento, las longitudes de onda comienzan a alcanzar frecuencias detectables por nanogravedad, dijo Lam.

«En este punto de mis mediciones, no podemos decir con seguridad qué fuentes están produciendo la señal de fondo de ondas gravitacionales», dijo el miembro del equipo de NanoGrav Luke Kelly, astrofísico de la Universidad de California, Berkeley, en una conferencia de prensa el martes. Aún así, dijo, los datos encajan convincentemente con las predicciones teóricas.

Los teóricos están «jugando» con otras posibles fuentes de señalización de baja frecuencia, dijo. Pero «si los agujeros negros supermasivos no provienen de binarios, tenemos que encontrar alguna explicación de dónde se esconden esos agujeros negros supermasivos y por qué no vemos sus ondas gravitacionales».

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Independientemente de la fuente de la señal, el anuncio del fondo de ondas gravitacionales representa un hito en el campo de la astrofísica de ondas gravitacionales.

Así como algunos astrónomos usan diferentes longitudes de onda de luz para sondear el universo, ahora pueden buscar diferentes tipos de ondas gravitacionales. Las ondas de baja frecuencia reportadas el miércoles no pueden ser detectadas por LIGO, y lo contrario es cierto: NANOGrav y esfuerzos similares que utilizan púlsares no han podido detectar ningún tipo. Ondas de alta frecuencia de fusiones de agujeros negros de masa interestelar inimaginablemente violentas observadas por LIGO.

Y el próximo objetivo, dijo Lam, es vincular ondas gravitacionales específicas con posibles binarios de agujeros negros supermasivos detectados a través de patrones astronómicos tradicionales. En otras palabras, en lugar de decir que estamos detectando señales de muchas ondas, los astrónomos pueden decir que esta onda en particular vino de ese lugar aquí.

Este anuncio tiene ecos de otro hito en la historia de la cosmología. En 1965, dos físicos de Bell Labs Radiación de Fondo de Microondas Cósmicas: Anunciaron que habían detectado una señal de algo teorizado previamente. Esa luminosidad residual proporcionó evidencia clave de que el Big Bang creó el universo.

Maura McLaughlin, codirectora del NANOGrav Physics Frontiers Center, dijo en la conferencia del martes que el siguiente paso es que los equipos internacionales combinen sus datos independientes en un «superconjunto de datos» que mostrará una señal de gravedad aún más clara. Fondo de marea – y la primera detección de un binario de agujero negro supermasivo.

«Estamos abriendo una ventana completamente nueva en el universo de ondas gravitacionales», dijo.

Trabajo, dijo ella, debería proporcionar una visión más profunda de las formas en que se forman y evolucionan las galaxias. Incluso puede revelar nueva física exótica que cambia nuestra comprensión fundamental del universo: «Debería ser muy, muy emocionante».

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