Se acerca la prueba del mar de ondas gravitacionales

Los astrónomos están a punto de medir el mar de ondas gravitacionales de fondo que probablemente se arremolina en el universo. Los nuevos resultados de las mediciones de varios grupos de investigación así lo indican.

Las ondas gravitacionales son vibraciones del espacio-tiempo. Son causados, por ejemplo, por la fusión de agujeros negros. Estas vibraciones se propagan por el universo como las ondas en el agua de un estanque cuando se lanza una piedra en él.

Las ondas gravitacionales se observaron por primera vez en la Tierra en 2015 con los detectores estadounidenses LIGO. Desde entonces, el detector italiano Virgo se ha unido a la búsqueda y se han medido varias docenas de estas ondas. Todas las ondas gravitacionales observadas proceden de agujeros negros o estrellas de neutrones que se fusionaron a una distancia relativamente pequeña de la Tierra.

Mar de ondas gravitacionales

Pero también hay otros eventos cósmicos que generan ondas gravitacionales, como los agujeros negros supermasivos que orbitan entre sí. Como estos agujeros negros no terminan (al menos por ahora) en una colisión, son una fuente constante de ondas gravitacionales. Y como hay innumerables parejas de agujeros negros supermasivos danzantes, todo el universo debería oscilar ligeramente. La Tierra y todos los demás cuerpos celestes se balancean en este mar de ondas gravitacionales. Los astrónomos llaman a esto el fondo de ondas gravitacionales, o GWB para abreviar.

Estas vibraciones espacio-temporales tienen longitudes de onda mucho más largas (y, por tanto, frecuencias más bajas) que las de los agujeros negros y las estrellas de neutrones en fusión. Por eso los detectores LIGO y Virgo no pueden medir estas señales.

Medición con púlsares

Por ello, los astrónomos llevan años trabajando en otra técnica. Intentan medir las ondas gravitacionales vigilando de cerca los púlsares. Se trata de estrellas de neutrones que giran a la velocidad del rayo mientras emiten ondas de radio, como un faro cósmico.

Cada vez que el haz de ondas de radio de un púlsar pasa por delante de la Tierra, lo detectamos como un pulso de radio", explica el astrónomo Siyuan Chen, del European Pulsar Timing Array (EPTA), y del Observatorio Norteamericano de Nanohercios para las Ondas Gravitacionales (NANOGrav). La regularidad con la que los púlsares giran alrededor de su eje es extremadamente estable, como el tic-tac de un reloj. Para los llamados púlsares de milisegundos, podemos medir el tiempo de llegada de los pulsos de radio en nuestro telescopio con una precisión de una millonésima de segundo.

Si la distancia entre la Tierra y el púlsar cambia, los pulsos de radio llegan antes o después. Tienen que viajar más o menos tiempo para llegar al telescopio. Esa distancia cambia porque la Tierra gira alrededor de su eje y alrededor del Sol. Además, la distancia al púlsar cambia cuando pasa una onda gravitacional, que estira y encoge el espacio-tiempo temporalmente.

Al medir con precisión los pulsos de radio de varios púlsares del universo y corregir el movimiento de la Tierra, los astrónomos pueden, por tanto, medir el débil oleaje del GWB. Lo más difícil es asegurarse de que lo que medimos es una onda gravitacional", dice Chen. Para ello, tenemos que descartar todas las demás posibilidades que podrían causar un cambio en la distancia entre nosotros y los púlsares".

Buena esperanza

El año pasado, los astrónomos del proyecto NANOGrav presentaron los primeros indicios del GWB. Estos resultados han sido confirmados ahora por otra serie de mediciones de impulsos. El hecho de que se haya encontrado una señal similar en ambos conjuntos de datos es prometedor. Pero aún no es una prueba definitiva", afirma Chen. Pero tenemos la esperanza de que esta prueba se encuentre muy pronto.

Los astrónomos esperan que dentro de dos años, analizando las mediciones existentes, puedan confirmar la existencia del mar de ondas gravitacionales de fondo.

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