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

Onda gravitacional fue detectado directamente por primera vez en 2015 después de un siglo de su predicción por la Teoría General de la Relatividad de Einstein en 1916. Pero, la frecuencia continua y baja GravitacionalFondo de onda (GWB) que se cree que está presente en todo el universo Hasta el momento no se ha detectado directamente. Los investigadores del Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas gravitacionales (NANOGrav) han informado recientemente de la detección de una señal de baja frecuencia que podría ser un 'fondo de ondas gravitacionales (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. La Tierra debería estar inundada de ondas gravitacionales desde todas direcciones todo el tiempo, pero no se detectan porque se vuelven extremadamente débiles cuando llegan a la Tierra. Se tardó aproximadamente un siglo en realizar una detección directa de ondas gravitacionales cuando, en 2015, el equipo LIGO-Virgo logró detectar ondas gravitacionales producido debido a la fusión de dos los agujeros negros situado a una distancia de 1.3 millones de años luz de la Tierra (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 han sido registrados hasta la fecha. La mayoría de ellos se debieron a la fusión de dos los agujeros negros, pocos se debieron a la colisión de dos estrellas de neutrones (2). Todos detectados ondas gravitacionales hasta ahora eran episódicos, causados ​​​​por un par binario de los agujeros negros o estrellas de neutrones girando en espiral y fusionándose o colisionando entre sí (3) y eran de alta frecuencia, longitud de onda corta (en rango de milisegundos).   

Sin embargo, dado que existe la posibilidad de que exista un gran número de fuentes de ondas gravitacionales existentes en la universo por lo tanto muchos ondas gravitacionales juntos de todo el universo Puede estar pasando continuamente por la tierra todo el tiempo formando un fondo o ruido. Esta debe ser continua, aleatoria y de onda pequeña de baja frecuencia. Se estima que una parte de él puede incluso haberse originado en el Big Bang. Llamado Gravitacional-Fondo de onda (GWB), esto no se ha detectado hasta ahora (3).  

Pero es posible que estemos al borde de un gran avance: los investigadores del Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas gravitacionales (NANOGrav) han informado de la detección de una señal de baja frecuencia que podría ser un 'Fondo de ondas gravitacionales (GWB) (4,5,6).  

A diferencia del equipo LIGO-virgo que detectó onda gravitacional de pares individuales de los agujeros negrosEl equipo de NANOGrav ha buscado ruidos persistentes y 'combinados'. onda gravitacional creado durante un largo período de tiempo por innumerables agujeros negros existentes en la universo. La atención se centró en la "longitud de onda muy larga" onda gravitacional en el otro extremo del "espectro de ondas gravitacionales".

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 púlsares (MSP) que giran muy rápidamente con estabilidad a largo plazo. Hay un patrón constante de luz proveniente de estos pulsadores que debería ser alterado por la onda gravitacional. La idea era observar y monitorear un conjunto de púlsares de milisegundos (MSP) ultraestables para detectar cambios correlacionados en el momento de la llegada de las señales a la Tierra, creando así un "galaxiadetector de ondas gravitacionales de tamaño "dentro del nuestro" galaxia. El equipo creó una matriz de temporización de púlsares estudiando 47 de esos púlsares. El Observatorio de Arecibo y el Telescopio Green Bank fueron los radio telescopios utilizados para las mediciones.   

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, los científicos dependían exclusivamente de radiaciones electromagnéticas como la luz, los rayos X, radio onda, etc. Al no tener ninguna relación con la radiación electromagnética, la detección de la gravitacional en 2015 abrió una nueva ventana de oportunidad para que los científicos estudien los cuerpos celestes y comprendan su universo especialmente aquellos eventos celestes que son invisibles para los astrónomos electromagnéticos. Además, a diferencia de la radiación electromagnética, las ondas gravitacionales no interactúan con la materia, por lo que viajan prácticamente sin obstáculos y transportan información sobre su origen y fuente sin ninguna distorsión.(3)

La detección de fondo de ondas gravitacionales (GWB) ampliaría aún más la oportunidad. Incluso puede ser posible detectar las ondas generadas por el Big Bang, lo que podría ayudarnos a comprender el origen de universo de una mejor manera.

***

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  
  1. 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  
  1. 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. 
  1. 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. 
  1. 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  
  1. 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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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Periodista científico | Editor fundador de la revista Scientific European

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