Astrofísicos de varias asociaciones internacionales, valiéndose de algunos de los más grandes radiotelescopios en el mundo, han encontrado evidencia de ondas gravitacionales gigantescas, que oscilan con períodos que van de años a décadas. Estos resultados han sido posibles gracias a una precisa observación de un conjunto de púlsares (relojes cósmicos) en nuestra galaxia.

La señal de ondas gravitacionales se ha podido observar a través de los datos tomados por el Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionales (NANOGrav) del Physics Frontiers Center (PFC) durante 15 años. Esta colaboración, de más de 190 científicos, en su mayoría de EE. UU. y Canadá, financiada por la National Science Foundation (NSF) americana, utiliza los púlsares (una estrella de neutrones que gira muy rápidamente sobre su eje, emitiendo en cada giro un ‘pulso’ de radio) para identificar la presencia de las ondas gravitacionales. Las colaboraciones internacionales que utilizan telescopios en Europa, India, Australia y China han mostrado resultados similares de forma independiente.

Si bien resultados anteriores de NANOGrav descubrieron una misteriosa señal temporal en todos los púlsares que se observaron, esta señal era demasiado débil para revelar su origen. Los datos hechos públicos hoy de los 15 años de observación demuestran que la señal es consistente con la presencia de ondas gravitacionales de ondulación lenta que atraviesan nuestra galaxia. «Esta es una evidencia clave de las ondas gravitacionales a frecuencias muy bajas», según el Dr. Stephen Taylor de la Universidad de Vanderbilt, actual investigador principal de esta colaboración internacional «Después de años de trabajo, NANOGrav está abriendo un camino nuevo en el universo de las ondas gravitacionales».

A diferencia de las fugaces ondas gravitacionales de alta frecuencia observadas por instrumentos terrestres como LIGO (el Observatorio de ondas gravitacionales por interferometría láser), esta señal continua de baja frecuencia solo puede percibirse con un detector mucho más grande que la Tierra. Para ello, los astrónomos convirtieron nuestro sector de la Vía Láctea en una enorme antena de ondas gravitacionales usando estrellas exóticas llamadas púlsares. NANOGrav ha obtenido datos de 68 púlsares durante 15 años lo que le ha permitido formar un tipo de detector llamado “Conjunto de sincronización de púlsares” (Pulsar Timing Array en su descripción en inglés).

Un púlsar es el remanente ultradenso del núcleo de una estrella masiva después de su desaparición en una explosión de supernova. Los púlsares giran rápidamente, emitiendo pulsos de ondas de radio que barren el espacio a su alrededor de manera similar a los pulsos de luz de un faro en la costa. Estas estrellas, por tanto, parecen «latir» cuando se observan desde la Tierra. Los más rápidos de estos objetos, llamados púlsares de milisegundos, giran cientos de veces cada segundo. Sus pulsos son muy estables, lo que los hace útiles como relojes cósmicos precisos.

La teoría de la relatividad General de Einstein predice de manera precisa cómo las ondas gravitacionales deberían afectar las señales de estos púlsares. Al estirar y comprimir la estructura del espaciotiempo a su paso, las ondas gravitacionales afectan al ritmo de cada pulso, de manera leve pero predecible, retrasando algunos de ellos y adelantando a otros. Estos desfases están correlacionados para todos los pares de púlsares de acuerdo a la distancia que separa a las dos estrellas en el cielo. Los datos obtenidos por NANOGrav son perfectamente compatibles con lo que predice la teoría de la relatividad.

Comparando estas predicciones teóricas con los datos presentados hoy podemos asegurar que, el conjunto de datos más reciente de NANOGrav muestra evidencias de la presencia de ondas gravitacionales con períodos que abarcan de años a décadas. Estas ondas podrían surgir de los agujeros negros más masivos de todo el Universo: miles de millones de veces más masivos que el Sol, con tamaños superiores a la distancia entre la Tierra y el Sol. Los estudios futuros de esta señal abrirán un nuevo camino en el universo de ondas gravitacionales, proporcionando información sobre los agujeros negros titánicos que se fusionan en el corazón de galaxias distantes, entre otras fuentes exóticas.

En palabras de Jose Juan Blanco-Pillado, Investigador Ikerbasque en la UPV/EHU y miembro asociado de NANOGrav: “Estos resultados marcan un hito en la historia de la detección de ondas gravitacionales y nos permiten observar el universo desde una nueva perspectiva. En el futuro esperamos que este tipo de observaciones nos ayuden a entender procesos astrofísicos conocidos e identificar o descubrir otros fenómenos que han permanecido ocultos hasta ahora. »

“En particular la investigación que realizamos en la UPV/EHU se centra en identificar nuevos procesos en el universo primordial que puedan dar una señal detectable por este tipo de observatorios de ondas gravitacionales. La detección de este tipo de señales de forma inequívoca nos daría una información muy valiosa de como evolucionó el universo en sus primeros instantes.”

Astrofísicos de todo el mundo han estado persiguiendo esta señal de ondas gravitacionales. Varios documentos publicados hoy por las colaboraciones de Parkes Pulsar Timing Array en Australia, Chinese Pulsar Timing Array y European Pulsar Timing Array/Indian Pulsar Timing Array muestran indicios de la misma señal en sus datos. A través del consorcio International Pulsar Timing Array, las colaboraciones regionales están trabajando juntas para combinar sus datos a fin de caracterizar mejor la señal y buscar nuevos tipos de fuentes, convencidas de la importancia y necesidad de la colaboración internacional.

Para saber más:

Ondas gravitacionales: una nueva era para la humanidad
Cosmología de ondas gravitacionales en 29 órdenes de magnitud
Comprimiendo la luz para detectar mejor ondas gravitacionales

Referencia:

Gabriella Agazie et al (2023) The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background The Astrophisical Journal Letters. doi: 10.3847/2041-8213/acdac6

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa