Anomalía sorpresa en el fondo de ondas gravitacionales insinúa la colisión de un agujero negro supermasivo

Los investigadores han anunciado que han construido el mejor mapa actual del fondo de las ondas gravitacionales en todo el universo. Lo hicieron utilizando los increíbles radiotelescopios MeerKAT en Sudáfrica. Pero este mapa tiene una característica inesperada: hay una posible anomalía en las ondas gravitacionales que atraviesan nuestra galaxia, relacionada con la fusión de dos agujeros negros.

Cualquier objeto con masa en movimiento crea ondas gravitacionales; incluso si mueves la mano, eso ocurre. Por supuesto, son demasiado débiles para ser detectados. El movimiento de los planetas, las estrellas e incluso los agujeros negros supermasivos también son demasiado débiles para ser detectados directamente, pero todos se suman al fondo de ondas gravitacionales. Nos estamos acercando a tener detecciones consistentes de este chapoteo del espacio-tiempo en todo el universo, pero no ha sido fácil. Tuvimos que utilizar un detector que abarcara una gran parte de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

«Estudiar el fondo nos permite sintonizarnos con los ecos de eventos cósmicos a lo largo de miles de millones de años», dijo en un comunicado el Dr. Matt Miles, investigador de OzGrav y autor principal de dos de los nuevos estudios. «Revela cómo las galaxias y el universo mismo han evolucionado con el tiempo».

Un detector del tamaño de una galaxia puede parecer sorprendente. ¿Cómo podemos tener un observatorio en toda la galaxia cuando el objeto más distante creado por el hombre (la Voyager 1) está todavía a menos de un día luz de la Tierra? La respuesta es que utilizamos un objeto cósmico fenomenal a nuestro favor: los púlsares.

Los púlsares son un tipo de estrella de neutrones, producto final de determinadas supernovas. Una subclase de púlsares, llamada púlsares de milisegundos, gira cientos de veces por segundo, pulsando desde nuestro punto de vista. Su rotación es tan regular que pueden ser tan precisos como los relojes atómicos de la Tierra. Entonces, los cambios en esta pulsación, tal como la vemos nosotros, implican que ha pasado una onda gravitacional. Se necesitan muchas mediciones de cada púlsar y de muchos púlsares para convertir esas señales en una detección real del fondo. Este enfoque se llama Pulsar Timing Array.

El MeerKAT Pulsar Timing Array es el último en un esfuerzo internacional para determinar el fondo de las ondas gravitacionales, y los investigadores argumentan que su medición es más fuerte que otras encuestas realizadas hasta este momento, y pudieron hacerlo en solo un tercio de el tiempo. El mapa es muy detallado gracias a nuevos enfoques, que llevaron al descubrimiento de un posible sesgo direccional relacionado con los agujeros negros supermasivos.

«Lo que estamos viendo insinúa un universo mucho más dinámico y activo de lo que anticipábamos», añadió el Dr. Miles, de la Universidad Tecnológica de Swinburne. «Sabemos que los agujeros negros supermasivos se están fusionando, pero ahora estamos empezando a preguntar: ¿dónde están y cuántos hay?»

La idea era que el fondo de las ondas gravitacionales sea uniforme; Hay agujeros negros supermasivos que se fusionan en tantas direcciones y distancias diferentes que, en general, forman un chapoteo constante. Pero si estos hallazgos son correctos, podríamos tener una fuente preferencial que afecte a nuestra galaxia.

«La presencia de un punto caliente podría sugerir una fuente distinta de ondas gravitacionales, como un par de agujeros negros con miles de millones de veces la masa de nuestro Sol», dijo la autora principal del tercer estudio, Rowina Nathan, de OzGrav y la Universidad de Monash. La disposición y los patrones de las ondas gravitacionales nos muestra cómo existe hoy nuestro Universo y cómo contiene señales que se remontan al Big Bang. Hay más trabajo por hacer para determinar la importancia del punto crítico que encontramos, pero este es un emocionante paso adelante para nuestro campo”.

Se necesitarán más observaciones para verificar y mejorar este conjunto de datos, y los anuncios en el pasado relacionados con el fondo de las ondas gravitacionales han sido más vacilantes. Ver la confianza es emocionante, pero es un campo joven, por lo que veremos cómo diferentes observaciones dan forma a los resultados completos.

“En el futuro, nuestro objetivo es comprender el origen de la señal de ondas gravitacionales que surge de nuestros conjuntos de datos. Al buscar variaciones en las ondas gravitacionales en el cielo, buscamos huellas dactilares de los procesos astrofísicos subyacentes”, añadió Kathrin Grunthal, investigadora del Instituto Max Planck de Radioastronomía y coautora de uno de los estudios. .

Los tres artículos con estos resultados se publican en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y se pueden leer aquí, aquí y aquí.