Cuando los agujeros negros y los objetos densos extremadamente masivos orbitan entre sí, envían ondas en el espacio y el tiempo llamadas nebulosas. ondas gravitacionales. Estas ondas son una de las pocas formas en que deberíamos estudiar los misteriosos gigantes cósmicos que las crean.
Los astrónomos han observado los «chirridos» de alta frecuencia de los agujeros negros en colisión, pero los estallidos de muy baja frecuencia de los agujeros negros supermasivos en órbita han resultado difíciles de detectar. Durante décadas, hemos estado observando púlsaresUna especie de estrella pulsa como un faro en busca del débil murmullo de estas ondas.
Hoy en día, la investigación de púlsares está colaborando en todo el mundo, incluida la nuestra y Matriz de sincronización Parex Pulsar – Anunciarlos La evidencia más fuerte hasta ahora la presencia de estas ondas.
¿Qué son las ondas gravitacionales?
En 1915, el físico nacido en Alemania Albert Einstein proporcionó información sobre la naturaleza de gravedad: la teoría general de la relatividad.
La teoría describe el universo como un «tejido» de cuatro dimensiones llamado espacio-tiempo que puede estirarse, comprimirse, doblarse y deformarse. Los objetos masivos distorsionan este tejido para provocar la gravedad.
Una curiosa consecuencia de esta teoría es que el movimiento de objetos masivos debería producir ondas en este tejido, llamadas ondas gravitacionales, que se propagan a la velocidad de la luz.
Se necesita una enorme cantidad de energía para crear estas ondas más pequeñas. Por esta razón, Einstein estaba convencido de que las ondas gravitatorias nunca serían observadas directamente.
Un siglo después, investigadores de LIGO y Virgo fueron testigos de la colaboración Dos agujeros negros chocanque provocó el impulso de ondas gravitacionales piando por todo el universo.
Ahora, siete años después de ese descubrimiento, radioastrónomos de Australia, China, Europa, India y América del Norte han encontrado evidencia de ondas gravitacionales de frecuencia ultrabaja.
Lento gorgoteo de ondas gravitacionales
A diferencia de los estallidos repentinos de ondas gravitacionales informados en 2016, estas ondas gravitacionales de ultra alta frecuencia tardan años o incluso décadas en recuperarse.
Se espera que sea producido por pares de agujeros negros supermasivos, que gira en los núcleos de galaxias distantes en todo el universo. Para encontrar estas ondas gravitacionales, los científicos deberán construir un detector del tamaño de una galaxia.
O podemos usar púlsares, ya dispersos por la galaxia, cuyos pulsos llegan regularmente a nuestros telescopios con relojes precisos.
Radiotelescopio Parkes de CSIRO, MoryangHa estado observando un grupo de estos púlsares durante casi dos décadas. nuestro Matriz de sincronización Parex Pulsar Un equipo de varias colaboraciones en todo el mundo. anunciar hoy Indicios de ondas gravitacionales en su último conjunto de datos.
Otras colaboraciones en China (CPTA), Europa e India (EPTA e InPTA) y América del Norte (NANOGrav) ven señales similares.
La señal que estamos buscando es un «océano» aleatorio de ondas gravitacionales producidas por todos los pares de agujeros negros supermasivos del universo.
La observación de estas ondas no solo es otro triunfo de la teoría de Einstein, sino que tiene importantes consecuencias para nuestra comprensión de la historia de las galaxias en el universo. Los agujeros negros supermasivos son los motores en los núcleos de las galaxias que se alimentan de gas y regulan la formación de estrellas.
La señal aparece como un retumbar de baja frecuencia, común a todos los púlsares de la matriz. Cuando las ondas gravitacionales inundan la Tierra, afectan las tasas de rotación aparentes de los púlsares.
El tirón y la compresión de nuestra galaxia por estas ondas eventualmente cambia las distancias a los púlsares en solo decenas de metros. Eso no es mucho cuando los púlsares están a unos 1.000 años luz de distancia (unos 10.000.000.000.000.000.000 de metros).
Sorprendentemente, podemos observar estos cambios en el espacio-tiempo como nanosegundos de retraso en los púlsares, que los radioastrónomos pueden rastrear con relativa facilidad porque los púlsares son relojes sedentarios naturales.
¿Qué se anunció?
Debido a que las ondas gravitacionales de ultrafrecuencia tardan años en oscilar, se espera que la señal aparezca lentamente.
Primero, los radioastrónomos A ruido conjunto en púlsares, pero su fuente es desconocida.
Ahora, la firma única de ondas gravitacionales está comenzando a emerger como una característica de esta señal, que ha sido observada por una colaboración de grupos de cronometraje de púlsares de todo el mundo.
Esta huella dactilar describe una relación específica entre la similitud de los retrasos de los púlsares y el ángulo de separación entre pares de púlsares en el cielo.
La relación surge porque el espacio-tiempo en la Tierra se está expandiendo, cambiando las distancias a los púlsares de una manera que depende de su orientación. Los púlsares muy juntos en el cielo muestran una señal más similar que los púlsares separados en ángulo recto, por ejemplo.
Este avance ha sido posible gracias a la mejora de la tecnología en nuestros observatorios. El conjunto de cronometraje de Parkes Pulsar tiene el conjunto de datos de alta calidad más largo, gracias a la avanzada tecnología de recepción y procesamiento de señales instalada en Moryang. Esta tecnología permitió al telescopio descubrir muchos de los mejores púlsares utilizados por colaboraciones de todo el mundo en sus búsquedas de ondas gravitacionales.
Los resultados anteriores de nuestra colaboración y otros mostraron la señal esperada de las ondas gravitacionales. Faltaba en las notas pulsar..
Ahora, parece que estamos viendo la señal con relativa claridad. Al dividir nuestro conjunto de datos largos en ‘fracciones de tiempo’ más cortas, mostramos que la señal aumenta con el tiempo. Se desconoce la razón detrás de esta observación, pero puede ser que las ondas gravitacionales se comporten de manera impredecible.
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La nueva evidencia de ondas gravitacionales de muy baja frecuencia es emocionante para los astrónomos. Para confirmar estas firmas, la colaboración global tendrá que integrar sus conjuntos de datos, aumentando muchas veces su sensibilidad a las ondas gravitacionales.
Actualmente se están realizando esfuerzos para producir este conjunto de datos combinados. Conjunto internacional de sincronización de púlsares El proyecto, cuyos miembros se reunieron en Port Douglas en Far North Queensland la semana pasada. Los futuros observatorios, como el Square Kilometer Array que se está construyendo en Australia y Sudáfrica, convertirán estos estudios en una rica fuente de conocimiento sobre la historia de nuestro universo.
daniel reardonInvestigador postdoctoral en la sincronización de púlsares y ondas gravitacionales, Universidad Tecnológica de Swinburne Y Andrés Zickinvestigador científico, CSIRO
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Leer también | La misión espacial Euclid está a punto de lanzarse; Para probar teorías alternativas de la gravedad.
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