Aurore Simonnet para la Colaboración NANOGrav
Las ondas gravitacionales son ondas en el tejido del espacio-tiempo predichas por la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, detectadas por primera vez en 2015. Pero un fondo de ondas gravitacionales de baja frecuencia correspondiente esperado, una especie de «zumbido» compuesto por un coro de ondas gravitacionales, muy probablemente que emana de pares binarios de agujeros negros supermasivos— ha demostrado ser más esquivo. Ahora, el Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionales (NANOGrav) ha anunciado la primera evidencia de este fondo de ondas gravitacionales. Los resultados y los análisis relacionados se describen en varios artículos nuevos publicados en The Astrophysical Journal Letters.
La colaboración no llegó a reclamar una detección absoluta, sino que optó por describir sus resultados como una fuerte evidencia del fondo de ondas gravitacionales esperado. Dicho esto, «en nuestros análisis estadísticos, hay una probabilidad de menos de 1 en 1,000 de que la naturaleza dé nuestros resultados sin la presencia de ondas gravitacionales», dijo el presidente de NANOGrav, Stephen Taylor, de la Universidad de Vanderbilt, durante una conferencia de prensa.
Como se informó anteriormente, LIGO detecta ondas gravitacionales a través de interferometría láser, utilizando láseres de alta potencia para medir pequeños cambios en la distancia entre dos objetos ubicados a kilómetros de distancia. LIGO tiene detectores en Hanford, Washington y en Livingston, Louisiana. (Un tercer detector en Italia, Advanced VIRGO, entró en funcionamiento en 2016). El 14 de septiembre de 2015, a las 5:51 a. agujeros que giran en espiral hacia adentro uno hacia el otro y se fusionan en un evento de colisión masiva que envió poderosas ondas de choque a través del espacio-tiempo. Esa primera detección directa se anunció el 11 de febrero de 2016, generó titulares en todo el mundo, obtuvo el Premio Nobel de Física de 2017 y lanzó oficialmente una nueva era de la llamada astronomía «multi-mensajero».
Si ya hemos detectado ondas gravitacionales, ¿por qué es necesario NANOGrav? Es porque la colaboración está buscando diferentes frecuencias de ondas gravitacionales. El rango de LIGO se centra en agujeros negros remanentes estelares y otros objetos celestes de masa similar. NANOGrav, por el contrario, es una antena de ondas gravitacionales del tamaño de una galaxia que es sensible a frecuencias mucho más bajas (aproximadamente 10 órdenes de magnitud) de ondas gravitacionales que LIGO. «LIGO nunca podría, en sus sueños más salvajes, medir estas ondas gravitacionales de baja frecuencia porque el detector no es lo suficientemente grande», dijo a Ars la científica de NANOGRav Chiara Mingerelli de la Universidad de Yale. «Nuestras ondas gravitacionales tienen longitudes de onda de años luz». Así que los dos enfoques son complementarios.
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Las raíces de NANOGrav se remontan a la década de 1970, cuando los científicos pensaron que sería posible aprovechar la misión Voyager para buscar cambios en los tiempos de llegada de las señales de la nave espacial cuando salían del sistema solar. En la década de 1980, los científicos propusieron utilizar estrellas exóticas llamadas púlsares para un propósito similar. Si bien muchos púlsares no son lo suficientemente estables para hacerlo, el descubrimiento de los púlsares de milisegundos salvó el día, ya que son «relojes cósmicos» ideales. Como escribí en 2014:
Los púlsares se forman cuando estrellas más masivas que nuestro Sol explotan y colapsan en estrellas de neutrones. A medida que se encogen, giran cada vez más rápido porque se conserva el momento angular. (Piense en lo que sucede cuando hace girar un objeto alrededor de su cabeza con una cuerda: cuanto más acorta la cuerda, más rápido va). como el rayo giratorio de un faro. Los púlsares más rápidos, que giran cientos de veces por segundo, son relojes excelentes, a la par de los mejores relojes atómicos.
La idea detrás de NANOGrav es que a medida que las ondas gravitacionales se extienden y contraen el espacio-tiempo, esto interrumpirá el «tictac» ultra preciso de los púlsares. Debería haber una firma reveladora en forma de una especie de efecto «brillante», producido porque los pulsos afectados por las ondas gravitacionales deberían llegar un poco antes o después en respuesta a esas ondas en el espacio-tiempo. Al estudiar el tiempo de las señales regulares producidas por muchos púlsares de milisegundos individuales esparcidos por el cielo en ese momento, llamado «matriz de tiempo de púlsar», NANOGrav intenta detectar cambios mínimos en la posición de la Tierra debido a los efectos de las ondas gravitacionales. Sólo se necesitan muchos años para hacerlo.
El primer conjunto de datos de NANOGrav cubrió cinco años de datos de observación para púlsares de 17 milisegundos, y desde entonces la colaboración ha estado agregando más púlsares a su matriz. La publicación de datos de 2014 cubrió nueve años de observación. Luego, hubo el lanzamiento del conjunto de datos de 11 años, que inicialmente generó un entusiasmo considerable entre los científicos de NANOGrav porque apareció una señal que se parecía mucho al fondo de ondas gravitacionales. Por desgracia, «resultó ser Júpiter», dijo Mingerelli. «Da la casualidad de que Júpiter tiene un período orbital de casi 11 años».