Los resultados de nuestro detector —una serie de estrellas de neutrones que giran rápidamente y se extienden por toda la galaxia— muestran que este «fondo de ondas gravitacionales» puede ser más fuerte de lo que se creía anteriormente. También hemos elaborado los mapas más detallados hasta la fecha de las ondas gravitacionales en el cielo y hemos descubierto un intrigante «punto caliente» de actividad en el hemisferio sur.

Ondulaciones en el espacio y el tiempo

Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio y el tiempo . Se crean cuando objetos increíblemente densos y masivos orbitan o chocan entre sí.

Los objetos más densos y masivos del universo son los agujeros negros , los restos de estrellas muertas. Una de las únicas formas de estudiar los agujeros negros es buscando las ondas gravitacionales que emiten cuando se acercan unos a otros.

Al igual que la luz, las ondas gravitacionales se emiten en un espectro. Los agujeros negros más masivos emiten las ondas más lentas y potentes, pero para estudiarlas necesitamos un detector del tamaño de nuestra galaxia.

Las ondas gravitacionales de alta frecuencia creadas por colisiones entre agujeros negros relativamente pequeños pueden captarse con detectores terrestres y se observaron por primera vez en 2015. Sin embargo, no se encontró evidencia de la existencia de ondas más lentas y poderosas hasta el año pasado.

Varios grupos de astrónomos de todo el mundo han ensamblado detectores de ondas gravitacionales a escala galáctica observando de cerca el comportamiento de grupos de tipos particulares de estrellas. Nuestro experimento, el MeerKAT Pulsar Timing Array , es el más grande de estos detectores a escala galáctica.

Hoy hemos anunciado más pruebas de la existencia de ondas gravitacionales de baja frecuencia, pero con algunas diferencias intrigantes respecto de resultados anteriores. En tan solo un tercio del tiempo empleado en otros experimentos, hemos encontrado una señal que sugiere un universo más activo de lo previsto.

También hemos podido mapear la arquitectura cósmica que quedó de la fusión de galaxias con mayor precisión que nunca.

Agujeros negros, galaxias y pulsares

Los científicos creen que en el centro de la mayoría de las galaxias vive un objeto gigantesco conocido como agujero negro supermasivo. A pesar de su enorme masa (miles de millones de veces la masa de nuestro Sol ), estos gigantes cósmicos son difíciles de estudiar.

Los astrónomos conocen los agujeros negros supermasivos desde hace décadas, pero recién en 2019 observaron uno directamente por primera vez .

Cuando dos galaxias se fusionan, los agujeros negros que se encuentran en sus centros comienzan a moverse en espiral uno hacia el otro. En este proceso, emiten ondas gravitacionales lentas y potentes que nos brindan la oportunidad de estudiarlas.

Lo hacemos utilizando otro grupo de objetos cósmicos exóticos: los púlsares . Se trata de estrellas extremadamente densas formadas principalmente por neutrones, que pueden tener aproximadamente el tamaño de una ciudad, pero el doble de peso que el Sol.

Los púlsares giran cientos de veces por segundo. A medida que giran, actúan como faros que golpean la Tierra con pulsos de radiación provenientes de miles de años luz de distancia. En el caso de algunos púlsares, podemos predecir con una precisión de nanosegundos cuándo nos alcanzará ese pulso.

Nuestros detectores de ondas gravitacionales aprovechan este hecho. Si observamos muchos púlsares durante el mismo período de tiempo y nos equivocamos en cuanto al momento en que los pulsos nos impactan de una manera muy específica, sabemos que una onda gravitacional está estirando o comprimiendo el espacio entre la Tierra y los púlsares.

Sin embargo, en lugar de ver una sola ola, esperamos ver un océano cósmico lleno de olas que se entrecruzan en todas direcciones: las ondas que se repiten en el aire de todas las fusiones galácticas en la historia del universo. A esto lo llamamos el fondo de ondas gravitacionales.

Una señal sorprendentemente fuerte y un intrigante ‘punto caliente’

Para detectar el fondo de ondas gravitacionales, utilizamos el radiotelescopio MeerKAT en Sudáfrica. MeerKAT es uno de los radiotelescopios más sensibles del mundo.

Como parte del MeerKAT Pulsar Timing Array, ha estado observando un grupo de 83 púlsares durante unos cinco años, midiendo con precisión cuándo llegan sus pulsos a la Tierra. Esto nos llevó a encontrar un patrón asociado con un fondo de ondas gravitacionales, solo que es un poco diferente de lo que otros experimentos han encontrado.

El patrón, que representa cómo el espacio y el tiempo entre la Tierra y los púlsares cambian por las ondas gravitacionales que pasan entre ellos, es más poderoso de lo esperado.

Esto podría significar que hay más agujeros negros supermasivos orbitando entre sí de lo que pensábamos. De ser así, esto plantearía más preguntas, porque nuestras teorías existentes sugieren que debería haber menos agujeros negros supermasivos de los que parecemos estar viendo.

El tamaño de nuestro detector y la sensibilidad del telescopio MeerKAT nos permiten evaluar el fondo con una precisión extrema. Esto nos ha permitido crear los mapas más detallados del fondo de ondas gravitacionales hasta la fecha. Mapear el fondo de esta manera es esencial para comprender la arquitectura cósmica de nuestro universo.

Incluso podría llevarnos a la fuente última de las señales de ondas gravitacionales que observamos. Si bien creemos que es probable que el fondo surja de las interacciones de estos agujeros negros colosales, también podría deberse a cambios en el universo primitivo y energético después del Big Bang, o tal vez a eventos aún más exóticos.

Los mapas que hemos creado muestran un intrigante «punto caliente» de actividad de ondas gravitacionales en el cielo del hemisferio sur. Este tipo de irregularidad respalda la idea de un fondo creado por agujeros negros supermasivos en lugar de otras alternativas.

Sin embargo, crear un detector de tamaño galáctico es increíblemente complejo y es demasiado pronto para decir si esto es genuino o una anomalía estadística.

Para confirmar nuestros hallazgos, estamos trabajando para combinar nuestros nuevos datos con los resultados de otras colaboraciones internacionales bajo el lema del International Pulsar Timing Array .

Este artículo editado se publica nuevamente en The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original .