Queremos mostrar al lector otros caminos seguidos en la la detección de las ondas gravitacionales aparte de la interferometría basada en la superficie terrestre (LIGO y otros) o en el espacio (eLISA) a través de los dos artículos siguientes (que hemos traducido) escritos previamente a la primera detección por LIGO en Septiembre del 2015. Incluso LIGO que venía en operación desde la década pasada, sólo fue capaz de lograrlo luego de la última mejora tecnológica (Advanced LIGO).
Buscando indicios de ondas gravitatorias en las estrellas
Los científicos han demostrado cómo las ondas gravitacionales – ondas invisibles en el tejido del espacio y el tiempo que se propagan a través del Universo – podrían ser “vistas” observando las estrellas. El nuevo modelo propone que una estrella que oscila a la misma frecuencia que una onda gravitatoria va a absorber energía de la onda y entonces aumentar su brillo, una predicción pasada por alto de la Teoría de la Relatividad General de Einstein de 1916. El estudio, que fue publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters , contradice las suposiciones acerca del comportamiento de las ondas gravitacionales, de interactuar muy debilmente con la materia.
“Es muy bueno que cien años después de que Einstein propuso esta teoría, todavía estamos encontrando joyas ocultas”, dijo Barry McKernan, un investigador asociado en el Departamento de Astrofísica del Museo Americano de Historia Natural (AMNH), que es también profesor en Borough, Universidad Municipal de Manhattan de CUNY; un miembro de la facultad en el Centro de Graduados de CUNY; y un Académico en el Instituto Kavli de Física Teórica.
Podemos hacer una analogía de las ondas gravitatorias con las ondas sonoras emitidas después de un terremoto, pero la fuente de los “temblores” en el espacio son eventos energéticos como supernovas (explosiones de estrellas), estrellas de neutrones binarias (pares de núcleos quemados quedan atrás cuando las estrellas explotan ), o las fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones. Aunque los científicos saben desde hace mucho tiempo acerca de la existencia de las ondas gravitacionales, nunca han podido observarlas, pero están intentando a través de experimentos en tierra y en el espacio. Parte de la razón por la cual la detección es difícil se debe a que las ondas interactúan muy débilmente con la materia. Pero McKernan y sus colegas de CUNY, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (cfa), el Instituto de Estudios Avanzados (Princeton), y la Universidad de Columbia, sugieren que las ondas gravitatorias podrían tener un efecto sobre la materia, contrariamente a lo que se pensaba.
El nuevo modelo muestra que las estrellas con oscilaciones – vibraciones – que responden a la frecuencia de las ondas gravitacionales que pasan a través de ellas pueden resonar y absorber una gran cantidad de energía de las ondas.
“Es como si usted tiene un resorte que está vibrando a una frecuencia particular y lo golpea en la misma frecuencia, entonces hará que la oscilación sea más fuerte”, dijo McKernan. “Lo mismo se aplica a las ondas gravitacionales.”
Si estas estrellas, cuando la onda gravitatoria pasa a través de ellas, absorben una gran pulso de energía , pueden ser literalmente “bombeadas” y entonces hacerlas temporalmente más brillantes de lo normal antes de que esa energía se descargue con el tiempo. Esto podría proporcionar a los científicos otra forma de detectar las ondas gravitacionales indirectamente.
“Se puede pensar en las estrellas como barras en un xilófono – todos ellas tienen una frecuencia de oscilación natural diferente”, dijo el co-autor Saavik Ford, que es un investigador asociado en el Departamento de Astrofísica del Museo, así como profesor en la Universidad Municipal de Manhattan , CUNY; un miembro de la facultad en el Centro de Graduados de CUNY; y Académico en el Instituto Kavli de Física Teórica. “Si tienen dos agujeros negros fusionandose entre sí, se emiten ondas gravitacionales a una determinada frecuencia, que es como golpear sólo una de las barras en el xilófono. Pero debido a que el par de agujeros negros a medida que rotan entorno al centro común de masas van perdiendo energía (en forma de ondas gravitacionales) y entonces se acercan uno al otro,girnado cada vez más rápido, la frecuencia de las ondas gravitacionales cambian y se tiene entonces una secuencia de notas. Así que probablemente verá un aumento de brillo primero en las estrellasmás grandes seguido de otros en las más pequeños y más pequeñas “.
El trabajo también presenta una forma diferente para detectar indirectamente ondas gravitacionales. Desde la perspectiva de un detector de ondas gravitacionales en la Tierra o en el espacio, cuando una estrella en la frecuencia correcta pasa por delante de una fuente de energía tal como la fusión de agujeros negros, el detector verá una caída en la intensidad de las ondas gravitacionales medida . En otras palabras, las estrellas – incluyendo nuestro propio Sol – pueden eclipsar las fuentes de fondo de ondas gravitacionales.
“Generalmente, las estrellas son eclipsadas por algo, y no al revés”, dijo McKernan.
Los investigadores continuarán estudiando estas predicciones y tratarán de determinar cuánto tiempo se tardaría en observar estos efectos en un telescopio o detector.
Publicación de Referencia :
- B. McKernan, KES Ford, B. Kocsis, Z. Haiman. Estrellas como absorbentes de resonancia de las ondas gravitacionales . Monthly Notices de la Royal Astronomical Society: Letters , 2014 (en prensa) [enlace ]
Fuente: Museo Americano de Historia Natural (AMNH). Artículo original: “Finding hints of gravitational waves in the stars“
Once años de búsqueda cósmica conducen a los astrónomos a replantearse los agujeros negros
Cien años después que Einstein propuso la existencia de ondas gravitacionales como parte de su Teoría General de la Relatividad, una búsqueda de 11 años realizada con el telescopio Parkes de CSIRO no ha podido detectarlas, arrojando dudas sobre nuestra comprensión de las galaxias y los agujeros negros.
Para los científicos las ondas gravitacionales son un poderoso atractivo, ya que se cree que llevan la información que nos permite mirar hacia atrás en los inicios del Universo. A pesar de que existe una fuerte evidencia circunstancial de su existencia, aún no se han detectado directamente.
El uso durante 11 años, del telescopio de alta precisión Parkes en la busqueda de la existencia de ondas gravitacionales, no ha dado frutos.
El trabajo, dirigido por el Dr. Ryan Shannon (del CSIRO y el Centro Internacional de Radioastronomía Investigación), se publica hoy en la revista Ciencia .
Con el uso de Parkes, los científicos esperaban detectar un murmullo de fondo de las olas, que viene de las galaxias en fusión en todo el Universo.
“Pero no se oía nada. Ni siquiera un gemido,” dijo el Dr. Shannon.
“Pareceestar todo quieto en el frente cósmico – al menos para el tipo de olas que estamos buscando.”
Las galaxias crecen mediante la fusión entre ellas y se cree que cada una de las galaxias grandes tiene un agujero negro supermasivo en su centro. Cuando se unen dos galaxias, los agujeros negros se juntan y forman una pareja en órbita. En este punto, se espera un nuevo afianzamiento de la teoría de Einstein, con predijo que el par sucumbirá en una espiral de muerte, enviando ondas conocidas como ondas gravitacionales a través del espacio-tiempo, la estructura misma del Universo.
Aunque la Teoría General de la Relatividad de Einstein ha resistido todas las pruebas lanzadas contra ella por los científicos, las ondas gravitatorias siguen siendo la única predicción sin confirmar.
Para buscar las olas, el equipo del Dr. Shannon utilizó el telescopio Parkes para supervisar un conjunto de ”púlsares de milisegundo”. Estas pequeñas estrellas producen trenes altamente regulares de pulsos de radio y actúan como relojes en el espacio. Los científicos registraron los tiempos de llegada de las señales de los púlsares con una precisión de una diez mil millonésima parte de un segundo.
El paso de ondas gravitacionales entre la Tierra y un pulsar de milisegundos, aprieta y estira el espacio, cambiando la distancia entre ellos en unos 10 metros – una pequeña fracción de la distancia del púlsar a la Tierra. Esto cambia, muy ligeramente, el tiempo en que las señales del pulsar llegan a la Tierra.
Los científicos estudiaron los púlsares durante 11 años, que debería haber sido tiempo suficiente para detectar las ondas gravitacionales.
¿Por qué no se encuentran? Podría haber algunas razones, pero los científicos sospechan que es porque los agujeros negros se fusionan muy rápido, emplenado poco tiempo en el movimiento en espiral y generar ondas gravitacionales.
“Puede haber gas que rodea a los agujeros negros que crea fricción y se lleva su energía, provocando que se fusionen con bastante rapidez”, dijo el Dr. Paul Lasky, miembro del equipo e investigador post-doctoral en la Universidad de Monash.
Cualquiera que sea la explicación, esto significa que si los astrónomos quieren detectar ondas gravitatorias midiendo el tiempo de los púlsares, tendrán que registrarlos por muchos años más.
“También podría ser una ventaja ir a una frecuencia más alta,” dijo el Dr. Lindley Lentati de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, un miembro del equipo de investigación que se especializa en técnicas de medidas de tiempo de los púlsares. Los astrónomos también tendrán una ventaja con la alta sensibilidad del telescopio Square Kilometre Array (SKA) fijado para iniciar la construcción en el año 2018.
El no encontrar las ondas gravitacionales a través del tiempo púlsar no tiene incidencia en los detectores de ondas gravitacionales en tierra como LIGO Avanzado (Observatorio de Interferómetro Láser gravitacional-Wave), que comenzó sus propias observaciones del Universo la semana pasada.
“Los detectores basados en tierra están buscando ondas gravitacionales de alta frecuencia generadas por otras fuentes, tales como la coalescencia estrellas de neutrones”, dijo el Dr. Vikram Ravi, un miembro del equipo de investigación de la Universidad de Swinburne (ahora en Caltech, en Pasadena, California).
Fuente: CSIRO, Australia. Artículo original: “Eleven years cosmic search leads to Black Hole rethink“
Publicación de Referencia :
- RM Shannon, V. Ravi, LT Lentati, PD Lasky, G. Hobbs, M. Kerr, RN Manchester, WA Coles, Y. Levin, M. Bailes, NDR Bhat, S. Burke-Spolaor, S. Dai, MJ Keith , S. owski Os, DJ Reardon, W. van Straten, L. Toomey, J.- B. Wang, L. Wen, ACC Wyithe, X.- J. Zhu. Las ondas gravitatorias procedentes de agujeros negros supermasivos binarios que faltan en las observaciones de pulsares . Ciencia , 2015; 349 (6255): 1522 DOI: 10.1126 / science.aab1910
Selección y traducción de los artículos: Equipo de Redacción WEB de la AAA.
Artículos relacionados: Información adicional sobre las ondas gravitatorias la encontrará en el artículo: “Ligo detecta por segunda vez ondas gravitacionales“
