La colaboración científica NANOGrav, observatorio norteamericano para las ondas gravitacionales, ha anunciado recientemente pruebas contundentes de la existencia de un fondo de ondas gravitacionales de baja frecuencia. Estos resultados suponen un paso adelante en nuestra comprensión de las fuerzas cósmicas.
Imagina que estás en una tranquila laguna y decides lanzar un par de piedras al agua. Cada piedra que toca la superficie del agua genera ondas que se expanden en círculos. Si lanzas dos piedras cerca una de la otra, las ondas que generan se cruzarán e interactuarán entre sí, creando un patrón de ondas combinado.
En el universo, los objetos masivos como estrellas y agujeros negros actúan como esas piedras lanzadas al agua. Pero en lugar de agua, estos objetos masivos están «navegando» en el espacio-tiempo, que se puede imaginar como la superficie de la laguna.
Cuando dos objetos masivos, digamos dos agujeros negros supermasivos, giran el uno alrededor del otro, causan ondulaciones en el espacio-tiempo, similares a las ondas que se generan cuando se lanzan las piedras en la laguna. Estas ondulaciones son las ondas gravitacionales que NANOGrav está intentando detectar.
La importancia de los pulsares
Las ondas gravitacionales son perturbaciones en el tejido del espacio-tiempo, y su estudio puede aportar valiosa información sobre fenómenos cósmicos extremos. Para su detección, NANOGrav utiliza los pulsares de milisegundo, estrellas de neutrones que giran a altas velocidades y emiten haces de ondas de radio regulares. Estos pulsares funcionan como «relojes cósmicos», y las variaciones en su ritmo pueden indicar la presencia de ondas gravitacionales.
En cuanto a la detección de estas ondas, se podría comparar a los pulsares con faros en el océano. Si estás en un barco en un océano tormentoso (donde las olas representan las ondas gravitacionales), el patrón de luz del faro (pulsar) parece cambiar a medida que tu barco se balancea hacia arriba y hacia abajo en las olas. Al estudiar cuidadosamente esos cambios en el patrón de luz (el tiempo de pulsar), los científicos pueden inferir la presencia de las ondas en el «océano» del espacio-tiempo.
15 años de observación revelan datos importantes
El conjunto de datos más reciente de NANOGrav se basa en 15 años de observaciones de pulsares de milisegundos, con la participación de 68 de estas estrellas. De acuerdo a los resultados, la señal detectada es dos veces más fuerte de lo esperado. Esto sugiere que las ondas gravitacionales podrían estar más presentes en el universo de lo que se pensaba.
Localizando la fuente de las Ondas Gravitacionales
Aunque la fuente más probable de estas ondas gravitacionales son los pares de agujeros negros supermasivos, los datos también son coherentes con otras posibilidades. Estas incluyen procesos cosmológicos o inflacionarios en el universo temprano, y hasta las exóticas «cuerdas cósmicas». Estas interpretaciones alternativas añaden un componente de misterio a los hallazgos.
La principal razón por la que la Tierra tiene dificultades para detectar ondas gravitacionales radica en su extremadamente pequeño efecto en nuestro entorno. Las ondas gravitacionales cambian muy levemente la estructura del espacio-tiempo a medida que pasan, estirando y comprimiendo el espacio de una manera increíblemente minúscula. Para que te hagas una idea, el cambio que estas ondas provocan es menor al tamaño de un átomo.
Para detectar estas sutiles alteraciones, los científicos han construido instrumentos increíblemente precisos, como LIGO y Virgo. Sin embargo, estos detectores están sintonizados para captar ondas gravitacionales producidas por eventos cataclísmicos, como la fusión de agujeros negros o estrellas de neutrones de tamaño estelar. Las ondas gravitacionales de baja frecuencia, como las que se espera que produzcan los agujeros negros supermasivos, tienen una influencia tan sutil y de largo plazo que se escapan a las capacidades de estos detectores.
Por otro lado, nuestro planeta está lleno de ruido sísmico y otras vibraciones que pueden interferir con la detección de ondas gravitacionales. Aunque los detectores están diseñados para minimizar estos efectos tanto como sea posible, sigue siendo un desafío.
En este sentido, NANOGrav y otros proyectos de cronometraje de pulsares intentan superar estas limitaciones utilizando los pulsares distribuidos en nuestra galaxia como una especie de galaxia a gran escala para detectar estas ondas de baja frecuencia. Al monitorear los pulsos regulares de estos «relojes cósmicos», pueden detectar cambios sutiles en el tiempo que se espera que sean causados por las ondas gravitacionales que pasan.
Colaboración con la IPTA y futuros pasos
NANOGrav no trabaja solo. La colaboración está trabajando junto a la IPTA (International Pulsar Timing Array) para crear un conjunto de datos combinado y más sensible. También se están realizando esfuerzos para localizar la fuente de estas ondas gravitacionales, utilizando anisotropía para mapear las variaciones en las señales.
Los hallazgos de NANOGrav son un recordatorio de que cada nueva tecnología y metodología puede arrojar luz sobre los misterios más profundos del universo. El descubrimiento de estas ondas gravitacionales no solo refuerza nuestras teorías sobre los agujeros negros supermasivos, sino que también puede ayudarnos a explorar nuevas posibilidades en la cosmología.
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