Primera detección de ondas gravitacionales de agujeros negros supermasivos

Después de 25 años de recopilación de datos por parte de seis radiotelescopios, el anuncio ha caído: se han detectado ondas gravitacionales dramáticamente «estiradas», indicativas de la fusión de agujeros negros supermasivos en los núcleos de las galaxias. ¡la primera!

Este resultado, obtenido por un consorcio de astrónomos europeos, se publica en la revista Astronomía y astrofísica. El anuncio se coordinó con lanzamientos similares de otras colaboraciones en todo el mundo, a saber, las colaboraciones australiana (PPTA), china (CPTA) y norteamericana (NANOGrav).

Las ondas gravitacionales, estas «ondas» en el espacio-tiempo que se propagan como ondas en la superficie del agua, son generadas por fenómenos catastróficos, como la fusión de agujeros negros. A medida que orbitan entre sí cada vez más rápido, estas estrellas masivas deforman el tejido del espacio-tiempo. Estas distorsiones se propagan hacia nosotros y pueden ser detectadas por instrumentos ultrasensibles, como los interferómetros LIGO y Virgo. Pero estos detectores solo pueden percibir ondas relativamente cortas, provenientes de «mini» agujeros negros o estrellas de neutrones en colisión. Sin embargo, por impresionantes que sean, estos desastres no son nada comparados con una colisión frontal entre dos galaxias, por ejemplo.

Para detectar ondas de baja frecuencia, que precisamente emitirían colisiones en escalas gigantescas, era necesario ser astuto. ¿la clave? Los púlsares, estas estrellas súper densas que emiten pulsos de radio regulares, son un poco como metrónomos. Al examinar cuidadosamente sus pulsaciones, gracias a 25 años de datos, los científicos han podido detectar el rastro del paso de estas ondas gravitacionales gigantes. Llevan alrededor de un millón de veces más energía que las ondas detectadas por LIGO y Virgo, y sus frecuencias de oscilación abarcan décadas.

Ciencias de Quebec Se le pidió a Victoria Caspi, astrofísica de la Universidad McGill y miembro activo de NANOGrav, que descifrara el descubrimiento. Resulta que su tesis doctoral en la década de 1990 fue específicamente sobre el posible uso de púlsares para detectar este tipo de onda… “Me da un gran placer y satisfacción ver que este trabajo ha contribuido a las bases del éxito de hoy”.

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Quebec Science: ¿En qué se diferencian estas ondas gravitacionales de las detectadas por primera vez en 2015 por LIGO?

Victoria Caspi: Las ondas gravitacionales detectadas por LIGO tienen una longitud de unos 50 a 10.000 km. ¡Las ondas detectadas por NANOGrav tienen una longitud de onda de 10 a 200 años luz! Es muy diferente.

QS Si está «estirado», se debe a la fusión de agujeros negros supermasivos, no a agujeros negros estelares. ¡Estamos hablando de cosas miles de millones de veces más grandes que la masa del sol! ¿Sabíamos que estos agujeros negros pueden fusionarse?

vk Estos resultados confirman esta hipótesis. Por un lado, sabemos que el universo está lleno de galaxias y que estas galaxias a veces interactúan y se fusionan. Por otro lado, también creemos, o al menos nuestra hipótesis, que cada galaxia tiene un agujero negro supermasivo en su centro.

Si estos dos conceptos son correctos, se espera que en ocasiones dos agujeros negros supermasivos puedan fusionarse y producir este tipo de onda gravitacional. El desafío, por supuesto, era encontrar una manera de detectarlo. ¡Y eso es lo que hizo este negocio!

Entonces, esta es una evidencia muy fuerte de la existencia de estas ondas y, por lo tanto, confirma la validez de nuestras suposiciones sobre el universo.

QS ¿Por qué los púlsares son buenas herramientas para detectar ondas gravitacionales de baja frecuencia?

vk Los púlsares son excelentes en esto porque producen señales muy regulares. Tanto es así que si se usaran como relojes, ¡serían mucho más precisos que el mejor reloj Rolex! De hecho, muchos de los púlsares estudiados por el consorcio son comparables, en términos de regularidad, a los mejores relojes atómicos.

Cuando una onda gravitatoria pasa entre un radiotelescopio en la Tierra y un púlsar, la frecuencia aparente del púlsar se ve ligeramente afectada.

P. ¿Cómo puede ser útil el radiotelescopio canadiense CHIME, con el que trabaja, para este tipo de observación?

vk CHIME está muy involucrado en el grupo NANOGrav y proporciona monitoreo de las fuentes respectivas casi a diario. Es excepcional porque permite observar todos los días todo el planetario del hemisferio norte y estudiar el cosmos de varias maneras, incluso mediante la búsqueda de ráfagas de radio rápidas, otro misterioso fenómeno astrofísico. Aunque los datos de CHIME no aparecen en los datos utilizados para el trabajo publicado hoy, sin duda aparecerán en futuras publicaciones de NANOGrav.