viernes, 26 de febrero de 2016

Los púlsares podrían abrir la ventana a la detección de ondas gravitatorias de baja frecuencia

Crédito: David Champion
Recientemente, científicos del LIGO anunciaron la detección de ondas gravitatorias procedentes de la fusión de dos agujeros negros de unas 30 masas solares cada uno.

Las ondas gravitatorias abarcan una amplia gama de frecuencias que requieren de diferentes tecnologías para ser detectadas. Ahora, un estudio del  Observatorio Nanohertz de América del Norte para las Ondas Gravitatorias (NANOGrav) ha demostrado que las ondas gravitatorias de baja frecuencia podrían ser detectables por los telescopios de radio existentes.

"La detección de esta señal sería posible si controláramos un número lo suficientemente grande de púlsares", dijo Stephen Taylor, autor principal del artículo publicado esta semana en la revista Astrophysical Journal Letters. Taylor es investigador postdoctoral en el JPL de la NASA. "La finalidad es ver el mismo patrón de desviación en todos ellos".


Taylor y sus colegas han estado estudiando la mejor manera de utilizar los púlsares para detectar señales de ondas gravitatorias de baja frecuencia. Los púlsares son estrellas de neutrones altamente magnetizadas, núcleos de rotación rápida que las estrellas dejan atrás cuando explotan como una supernova.

La teoría general de la relatividad de Einstein predice que las ondas gravitatorias en el espacio-tiempo emanan de la aceleración de objetos masivos. La onda gravitatorias de nanoherzios se emiten a partir de pares de agujeros negros que orbitan entre sí, cada uno de los cuales contiene millones o miles de millones de veces la masa de los detectados por LIGO. Cada uno de estos agujeros se originaron en el núcleo de una galaxia diferente, las cuales, posteriormente colisionaron, provocando finalmente, la fusión de dichos agujeros negros.

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A medida que estos agujeros negros orbitan entre sí, "tiran" del tejido del espacio creando una débil señal que viaja hacia el exterior en todas las direcciones, como las vibraciones que sufren las telas de araña. Cuando esta vibración alcanza la Tierra, nuestro planeta es empujado ligeramente provocando un desplazamiento con respecto a los púlsares distantes. Así, las ondas gravitatorias generadas por agujeros negros supermasivos binarios requieren de meses e incuso años para ser detectadas.

"Las fusiones de galaxias son comunes, y creemos que hay muchas galaxias que albergan agujeros negros binarios que deberíamos ser capaces de detectar", dijo Joseph Lazio, uno de los co-autores de Taylor, también del JPL. "Los púlsares nos permitirán ver estos enormes objetos a medida que se acerquen más entre sí en una caída en espiral."

Una vez que estos agujeros negros binarios se aproximan mucho el uno del otro, las ondas gravitatorias emitidas son muy cortas para ser detectadas por este método. Pero la misión LISA Pathfinder, actualmente en desarrollo, sí estaría capacitada para realizar este tipo de observaciones.

Encontrar agujeros negros binarios supermasivos siempre ha sido un gran reto para los astrónomos. Los centros de las galaxias contienen muchas estrellas, y estos monstruosos agujeros negros son relativamente pequeños (del tamaño de nuestro Sistema Solar aproximadamente). Aún así, los radioastrónomos han buscado las señales gravitatorias de estos binarios. En 2007, NANOGrav comenzó a observar un conjunto de los pulsares para tratar de detectar pequeños cambios causados ​​por las ondas gravitatorias.

Los púlsares emiten haces de ondas de radio, algunas de los cuales barren la Tierra una vez cada rotación estelar. Los astrónomos detectan esto como un pulso rápido en la emisión de radio. La mayoría de los púlsares giran varias veces por segundo. Pero algunos, llamados púlsares de milisegundos, giran cientos de veces más rápido.

"Los púlsares de milisegundos tienen tiempos de llegada muy predecibles, y nuestros instrumentos son capaces de medir dentro del rango de las diez millonésimas parte de un segundo", dijo Maura McLaughlin, radioastrónoma de la Universidad de Virginia Occidental en Morgantown y miembro del equipo de NANOGrav. "Debido a esto, podemos usarlos para detectar cambios muy pequeños en la posición de la Tierra."

Pero los astrofísicos del JPL y del Caltech advierten que detectar ondas gravitatorias por este método requiere la observación de muchos púlsares, por lo que se precisa de la colaboración internacional para poder prosperar en esta investigación. Michele Vallisneri, otro miembro del grupo de investigación JPL / Caltech comentó: "NANOGrav está supervisando actualmente 54 púlsares, pero sólo podemos ver algunos de los del hemisferio sur. Tendremos que trabajar en estrecha colaboración con nuestros colegas de Europa y Australia con el fin de obtener la cobertura de todo el cielo  que requiere esta búsqueda."

A pesar de los desafíos técnicos, Taylor confía en que su equipo está en el camino correcto. "Las ondas gravitatorias atraviesan la Tierra todo el tiempo," dijo Taylor. "Teniendo en cuenta el número de púlsares observados por NANOGrav y otros equipos internacionales, esperamos contar, a lo largo de la próxima década, con pruebas claras y convincentes de que las ondas gravitatorias de baja frecuencia son detectables ."

NANOGrav es una colaboración de más de 60 científicos de más de una docena de instituciones en los Estados Unidos y Canadá.

"Con la reciente detección de ondas gravitatorias por LIGO, el excelente trabajo de la colaboración NANOGrav es particularmente relevante y oportuno", dijo Pedro Marronetti, director del programa de la National Science Foundation para la investigación de ondas gravitatorias. 



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2 comentarios:

  1. Sí la malla espacio-temporal se puede deformar por la gravedad, incluso plegar, estirar u ondular por los fenómenos estudiados por la teoría de la relatividad y ahora constatados, ¿podría contemplarse la posibilidad del desgarro o rotura de la misma por algún fenómeno?, ¿prevé algo así la relatividad o la teoría de cuerdas o esta idea carece de sentido con los conocimientos actuales?
    ¿Que ocurriría o que caminos abriría?
    Ya se que todo esto suena muy metafísico pero me gusta especular sobre intuiciones que me aparecen.
    La ciencia debe ser metódica y pragmática, pero su mayor reto no está en que respuestas encontrar sino cual es la pregunta a plantear.
    Saludos.

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    1. Hola Grego,
      Como tal el concepto de ruptura del espacio tiempo no se contempla, aunque si su deformación y estiramiento hasta puntos inimaginables en singularidades como los agujeros negros. La teoría de Cuerdas baraja mas bien que el tejido del espacio tiempo podría sufrir cambios en la topología que lo forma.
      Un saludo,
      Fran

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