En junio, comenzó una nueva era en la astronomía con el aparente descubrimiento de ondas gravitacionales de baja frecuencia, el zumbido ambiental de las ondulaciones del espacio-tiempo que impregnan el universo. Ese anuncio provino de una enorme colaboración de investigadores de todo el mundo. Grupos en Estados Unidos, Europa, India, Australia y China están trabajando en sus propios experimentos similares y están combinando sus datos para mejorar el resultado.
Con evidencia de estas ondas gravitacionales nunca antes vistas ahora firmemente en mano, todos esos equipos dispersos están reuniendo datos de manera frenética para un objetivo más grande: entender exactamente de dónde proviene este zumbido de fondo.
Muchos expertos sospechan que el zumbido proviene principalmente de pares de agujeros negros supermasivos que se espiralan gradualmente en el proceso de fusión. Pero también podría venir de fuentes aún más extrañas que podrían representar emocionantes nuevas ramas de la física. “Estamos en el comienzo mismo del campo”, dice Chiara Mingarelli de la Universidad de Yale, parte de la colaboración liderada por Estados Unidos, NANOGrav.
“Una carrera con todos”
El anuncio se realizó el 28 de junio por NANOGrav y otros grupos llamados arreglos de tiempo de pulsares (PTAs), que utilizan telescopios de radio para rastrear el tiempo preciso de llegada de los destellos regulares de los pulsares, estrellas de neutrones de giro rápido que quedan después de las supernovas.
Empleando docenas de pulsares y monitoreando los tiempos de llegada de los pulsos con una precisión de nanosegundos en escalas de tiempo decenales, pueden discernir ondas gravitacionales de fondo que pasan por nuestro sistema solar. Tales ondas encogen o expanden ligeramente el espacio intermedio entre nuestro planeta y los pulsares objetivo, creando desplazamientos característicos en los tiempos de llegada de los pulsos.
La evidencia de un zumbido de fondo de ondas gravitacionales de baja frecuencia proviene de 115 pulsares que fueron observados durante años por los equipos. Ahora se están realizando esfuerzos para combinar todos esos datos de sincronización de pulsares en un solo conjunto de datos como parte del International Pulsar Timing Array (IPTA), que mejorará la sensibilidad general del conjunto de datos.
“Estamos trabajando juntos”, dice Mingarelli. “Tenemos un representante de cada PTA trabajando para comenzar a combinar los datos.” Ese esfuerzo colectivo data desde hace dos años y se espera que los resultados más definitivos aparezcan a fines de 2023 o 2024. “Esa será la base de datos más sensible de tiempo de pulsar que se haya reunido”, dice Nihan Pol de la Universidad de Vanderbilt.
Los aspectos geopolíticos
La ambigua participación de China en unirse a los esfuerzos de IPTA está complicando un poco las cosas. “No forman parte del acuerdo para esta divulgación de datos”, dice Scott Ransom del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) en Virginia. “En los próximos meses, pueden decir que quieren colaborar con el resto de la comunidad, o pueden continuar por su cuenta. Simplemente no lo sabemos”.
El equipo chino del Pulsar Timing Array se encuentra en una posición envidiable porque tiene acceso sin restricciones al enorme Radiotelescopio Esférico de Apertura de Quinientos Metros (FAST) en la región suroeste de la nación. FAST es mucho más sensible que cualquier otro radiotelescopio actualmente en existencia y es dos veces más potente que el Telescopio de Arecibo en Puerto Rico, que colapsó en 2020. “[FAST] es mucho mejor que casi todos los demás telescopios [de radio] en el mundo”, dice Ransom.
“Fiebre del oro”
Independientemente de las preocupaciones geopolíticas, los astrónomos de todo el mundo están unidos en su entusiasmo por encontrar la fuente de este zumbido de ondas gravitacionales. Al reunir y comparar los tiempos de pulsación de cada vez más pulsares, esperan comenzar a construir un mapa más detallado de este ruido de fondo en el cielo.
Si los pares de agujeros negros supermasivos en espiral son la causa, eventualmente aparecerán como “puntos calientes” en este mapa. “Será una resolución lenta de las fuentes individuales” a lo largo de los años, dice Taylor. “No necesariamente será un solo momento de descubrimiento. Es un proceso lento”.
Si se pueden identificar tales puntos calientes, los astrónomos podrían comenzar a investigar los detalles de los pares de agujeros negros supermasivos. “Podríamos aprender qué tan lejos están los binarios”, dice Caitlin Witt de la Universidad Northwestern, así como las masas de los agujeros negros constituyentes. Otros telescopios podrían luego examinar y estudiar los alrededores cósmicos de los agujeros negros, revelando más sobre el papel que juegan estos behemotes gravitacionales en el crecimiento y la evolución galácticos.
“Un binario de agujero negro supermasivo recogido por un PTA será seguido por todo tipo de observaciones electromagnéticas y de neutrinos, e incluso fotos de esas cosas”, dice Achamveedu Gopakumar del Instituto Tata de Investigación Fundamental en Mumbai, quien preside el Indian Pulsar Timing Array. “Eso será asombroso, y eso es lo que esperamos”.
Si en los próximos años, no se detecta anisotropía, eso podría señalar fuentes más extrañas como la fuente de las ondas gravitacionales de baja frecuencia. Una posibilidad es que sean los restos de “transiciones de fase” del universo temprano, causadas por una rápida expansión cósmica poco después del Big Bang.
Un enfoque más amplio
Otras búsquedas de ondas gravitacionales complementarán los arreglos de sincronización de pulsares. Además de los esfuerzos en curso de LIGO y sus similares, este año se espera que la Agencia Espacial Europea (ESA) avance en el desarrollo de su Antena Espacial de Interferometría Láser (LISA). Este grupo de tres naves espaciales estará separado por 2,5 millones de kilómetros y disparará láseres entre sí a mediados de la década de 2030 para buscar ondas gravitacionales posiblemente provenientes de pares de enanas blancas, los núcleos remanentes que quedan cuando estrellas como nuestro sol mueren.
Para los astrónomos de ondas gravitacionales, hay una tremenda alegría en la convergencia de todos estos hilos. Durante mucho tiempo se preguntaron si estas ondulaciones en el espacio-tiempo, predichas por primera vez por Albert Einstein hace un siglo, serían detectables. Con esas dudas persistentes prácticamente descartadas, los límites de todo un nuevo campo de la astronomía están empezando a vislumbrarse. “Es un momento privilegiado para estar en este campo”, dice Taylor. “Es una fiebre del oro”.
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