Ondas gravitacionaleslas ondas en el tejido del tiempo-espacio predichas por Albert Einstein hace más de un siglo, están impregnando el universo a bajas frecuencias, según un proyecto de varios años de la Fundación Nacional de Ciencias dirigido por científicos de la Universidad Estatal de Oregón.
Matriz de sincronización de púlsares, ondas gravitacionales. Imagen cortesía de NANOGrav
Los hallazgos aparecen en una colección de cuatro artículos escritos por investigadores del NANOGrav Physics Frontier Center codirigidos por Xavier Siemens, profesor de física en la Facultad de Ciencias de OSU.
La evidencia de las ondas gravitacionales, cuyas oscilaciones se miden en años y décadas, se publicó esta semana en The Astrophysical Journal Letters.
“En la búsqueda constante de avanzar en el conocimiento y la comprensión humanos, este es un paso realmente importante en el viaje”, dijo Siemens.
NANOGrav, que significa Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionaleses una colaboración internacional de casi 200 investigadores de astrofísica cuya misión es utilizar la sincronización de púlsares de radio para buscar ondas gravitacionales de baja frecuencia.
Xavier Siemens, a la izquierda, y Jeffrey Hazboun de la Facultad de Ciencias de OSU.
Detectar un «coro» de ondas gravitacionales de baja frecuencia, como lo ha hecho NANOGrav, es la clave para develar los misterios de cómo se forman las estructuras en el cosmos, dijo el astrofísico de OSU, Jeff Hazboun.
“Hemos abierto esta nueva área de espectro para las ondas gravitacionales”, dijo Hazboun. «Hemos visto ondas de baja frecuencia, de una parte completamente diferente del espectro, lo que nos dice que son un fenómeno físico ubicuo y que podemos buscarlas en cualquier lugar».
Las ondas gravitacionales fueron observadas por primera vez en 2015 por el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser, o LIGO.
El descubrimiento de esas ondas, con frecuencias de alrededor de 100 ciclos por segundo, fue un hito en la física y la astronomía. Confirmó una de las principales predicciones de la teoría de la relatividad de Einstein y ganó un Premio Nobel de Física para los fundadores de LIGO.
Los púlsares son los restos que giran rápidamente de estrellas masivas que explotaron como supernovas. Envían pulsos de ondas de radio con extrema regularidad, y un grupo de ellos se conoce como matriz de sincronización de púlsares o PTA.
Siemens dijo que se usaron sesenta y ocho púlsares para recopilar evidencia de que la galaxia de la Vía Láctea está inundada en un mar de ondas gravitacionales de baja frecuencia.
La teoría de la relatividad general de Einstein de 1915 predijo cómo las ondas gravitacionales deberían afectar las señales de los púlsares: al estirar y apretar el tejido del tiempo-espacio, las ondas gravitacionales deberían alterar el tiempo de cada pulso de una manera predecible, retrasando algunos pulsos mientras acelerando otros.
“La gran cantidad de púlsares utilizados en el análisis NANOGrav nos ha permitido ver lo que creemos que son los primeros signos del patrón de correlación predicho por la relatividad general”, dijo Siemens. «Podemos usar esos púlsares como relojes que se extienden por el cielo, y podemos ver cómo cambia el tictac de los relojes a partir de las ondas gravitacionales que pasan a través de nuestra galaxia».
NANOGrav comenzó en 2007 y ocho años más tarde se lanzó como Physics Frontier Center con una subvención de $ 14,5 millones de la Fundación Nacional de Ciencias cuando Siemens estaba en la Universidad de Wisconsin-Milwaukee.
Siemens se unió a OSU en 2019 y dos años después, la NSF otorgó a NANOGrav $ 17 millones adicionales durante cinco años para buscar señales de ondas gravitacionales con el Telescopio Green Bank en West Virginia, el Very Large Array en Nuevo México y el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico.
Siemens dijo que OSU recibe alrededor de $ 600,000 anualmente en fondos de NANOGrav, y el análisis de datos es el papel principal del estado de Oregón, además del liderazgo y la administración del proyecto.
Codirigido por Maura McLaughlin, astrónoma de la Universidad de West Virginia, NANOGrav combina los esfuerzos de investigadores de 18 universidades, incluidos aproximadamente 20 estudiantes de pregrado y posgrado en el estado de Oregón.
“Buscar ondas gravitacionales es como armar un rompecabezas: todos tienen su propia pieza, pero todas encajan”, dijo Phia Morton de Bend, estudiante de último año con especialización en física aplicada e ingeniería nuclear. “Es un error común pensar que los avances científicos provienen de un genio solitario. Por el contrario, los proyectos científicos a gran escala requieren una enorme cantidad de colaboración y que todos los involucrados crean en los objetivos del grupo”.
Morton y otros estudiantes universitarios de OSU contribuyen buscando nuevos púlsares para agregar a la matriz de NANOGrav; cuantos más púlsares tenga a su disposición, más sensible puede ser la detección de ondas gravitacionales, explica.
“Los púlsares son en realidad fuentes de radio muy débiles, por lo que necesitamos miles de horas al año en los telescopios más grandes del mundo para llevar a cabo este experimento”, dijo McLaughlin. «Estos resultados son posibles gracias al compromiso continuo de la Fundación Nacional de Ciencias con estos observatorios de radio excepcionalmente sensibles».
Los investigadores de LIGO, también una colaboración internacional financiada por la NSF, detectaron en 2015 ondas gravitacionales producidas por la colisión de dos agujeros negros utilizando los interferómetros gemelos LIGO en Livingston, Louisiana, y Hanford, Washington.
Las ondas gravitacionales que puede observar LIGO, creadas por esos tipos de «agujeros binarios binarios», tienen frecuencias de alrededor de 100 hercios, dijo Hazboun.
“NANOgrav busca ondas gravitacionales con frecuencias 11 órdenes de magnitud por debajo de las que detecta LIGO”, dijo.
Siemens explica que el uso de un PTA para detectar un coro de señales de ondas gravitacionales de múltiples fusiones de agujeros negros supermasivos, descrito como un fondo estocástico de ondas gravitacionales, es más prometedor para comprender el universo que detectar una sola onda de un solo binario de agujero negro. colisión.
“Cada señal es como una nota, y no solo buscamos una de estas notas, queremos escuchar todo el coro”, dijo. “Queremos escuchar el coro colectivo de todos los binarios de agujeros negros supermasivos que se están fusionando en el universo”.
Los agujeros negros supermasivos son el tipo más grande de agujeros negros, de millones a miles de millones de veces la masa del sol, y residen en los centros de las galaxias.
Los investigadores de NANOGrav dicen que los estudios futuros de las señales que envían los agujeros negros supermasivos permitirán a los científicos ver el universo de ondas gravitacionales a través de una nueva ventana, ofreciendo una visión de los agujeros negros titánicos que se fusionan en los centros de galaxias distantes y potencialmente en otras fuentes exóticas de baja -frecuencia ondas gravitacionales.
“Este es solo el comienzo de nuestro trabajo”, dijo Siemens.
Fuente: La Universidad Estatal de Oregon
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Publicado anteriormente en The European Times.
