Fondo de ondas gravitacionales (GWB): un gran avance en la detección directa

Onda gravitacional was directly detected for the first time in 2015 after a century of its prediction by Einstein’s General Theory of Relativity in 1916. But, the continuous, low frequency Gravitacional-wave Background (GWB) that is thought to be present throughout the universo has not been detected directly so far. The researchers at North American Nanohertz Observatory for Ondas gravitacionales (NANOGrav) have recently reported detection of a low-frequency signal that could be ‘Gravitational-wave Background (GWB)’.   

La teoría general de la relatividad propuesta por Einstein en 1916 predice que los principales eventos cósmicos como la supernova o la fusión de los agujeros negros debería producir ondas gravitacionales que se propagan a través de la Universo. Earth should be awash with ondas gravitacionales from all directions all the time but these are undetected because they become extremely weak by the time they reach earth. It took about a century to make a direct detection of gravitational ripples when in 2015 LIGO-Virgo team was successful in detecting ondas gravitacionales produced due to merger of two los agujeros negros situated at a distance of 1.3 billion light-years from the Earth ⁽¹⁾. Esto también significó que las ondas detectadas eran portadoras de información sobre el evento cósmico que tuvo lugar hace unos 1.3 millones de años.  

Desde la primera detección en 2015, un buen número de ondas de gravitación have been recorded till date. Most of them were due to merger of two los agujeros negros, few were due to collision of two neutron stars ⁽²⁾. All detected ondas gravitacionales so far were episodic, caused due to binary pair of los agujeros negros or neutron stars spiralling and merging or colliding with each other ⁽³⁾ y eran de alta frecuencia, longitud de onda corta (en rango de milisegundos).   

However, since there is possibility of large number of sources of ondas gravitacionales existentes universo por lo tanto muchos ondas gravitacionales together from all over the universo may be continuously passing through the earth all the time forming a background or noise. This should be continuous, random and of low frequency small wave. It is estimated that some part of it may even have originated from the Big Bang. Called Gravitacional-wave Background (GWB), this has not been detected so far ⁽³⁾.  

But we may be on the verge of a breakthrough – the researchers at the North American Nanohertz Observatory for Ondas gravitacionales (NANOGrav) have reported detection of a low-frequency signal that could be ‘Gravitational-wave Background (GWB) ^(4,5,6).  

Unlike LIGO-virgo team who detected onda gravitacional from individual pairs of los agujeros negros, NANOGrav team have looked for persistent, noise like, ‘combined’ onda gravitacional created over very long period of time by countless agujeros negros existentes universo. The focus was on ‘very long wavelength’ onda gravitacional at the other end of ‘gravitational wave spectrum’.

A diferencia de la luz y otras radiaciones electromagnéticas, las ondas gravitacionales no se pueden observar directamente con un telescopio.  

El equipo de NANOGrav eligió milisegundo pulsars (MSPs) that rotate very rapidly with long term stability. There is steady pattern of light coming from these pulsers which should be altered by the gravitational wave. The idea was to observe and monitor an ensemble of ultra-stable millisecond pulsars (MSP) for correlated changes in the timing of the arrival of the signals at the Earth thus creating a “galaxia-sized” gravitational-wave detector within our own galaxia. The team created a pulsar timing array by studying 47 of such pulsars. The Arecibo Observatory and the Green Bank Telescope were the radio telescopes used for the measurements.   

El conjunto de datos obtenido hasta ahora incluye 47 MSP y más de 12.5 años de observaciones. En base a esto, no es posible probar de manera concluyente la detección directa de GWB, aunque las señales de baja frecuencia detectadas lo indican en gran medida. Quizás, el siguiente paso sería incluir más púlsares en la matriz y estudiarlos durante un período de tiempo más largo para mejorar la sensibilidad.  

para estudiar el universo, scientists were exclusively dependant on electromagnetic radiations like light, X-ray, radio wave etc. Being completely unrelated to electromagnetic radiation, detection of gravitational in 2015 opened a new window of opportunity to scientists to study celestial bodies and understanding the universo especially those celestial events which are invisible to electromagnetic astronomers. Further, unlike electromagnetic radiation, gravitational waves do not interact with matter hence travel virtually unimpeded carrying information about their origin and source free of any distortion.⁽³⁾

Detection of Gravitational-wave Background (GWB) would broaden the opportunity further. It may even become possible to detect the waves generated from Big Bang which may help us understand origin of universo de una mejor manera.

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Referencias:  

1. Castelvecchi D. y Witze A., 2016. Las ondas gravitacionales de Einstein se encuentran por fin. Nature News 11 de febrero de 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  

2. Castelvecchi D., 2020. Qué revelan 50 eventos de ondas gravitacionales sobre el Universo. Nature News Publicado el 30 de octubre de 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  

3. LIGO 2021. Fuentes y tipos de ondas gravitacionales. Disponible en línea en https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Consultado el 12 de enero de 2021. 

4. Colaboración NANOGrav, 2021. NANOGrav encuentra posibles 'primeros indicios' de fondo de ondas gravitacionales de baja frecuencia. Disponible en línea en http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Consultado el 12 de enero de 2021. 

5. Colaboración NANOGrav 2021. Rueda de prensa: búsqueda del trasfondo de ondas gravitacionales en 12.5 años de datos NANOGrav. 11 de enero de 2021. Disponible en línea en http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  

6. Arzoumanian Z., et al 2020. El conjunto de datos de 12.5 años de NANOGrav: búsqueda de un fondo de ondas gravitacionales estocásticas isotrópicas. The Astrophysical Journal Letters, Volumen 905, Número 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

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