Ciencia

La luna se convertirá en un gran laboratorio para detectar ondas ‘ocultas’ de agujeros negros supermasivos

Las ondas gravitacionales son ondas en el tejido del espacio-tiempo que se crean al acelerar masas y se extienden desde sus puntos de origen a la velocidad de la luz. Predichas por primera vez a principios del siglo XX por el matemático francés Henri Poincaré y el físico teórico nacido en Alemania Albert Einstein, recientemente se han convertido en una forma para que los astrónomos prueben gafas invisibles para los observatorios electromagnéticos. En particular, pueden abrir una ventana a algunos de los fenómenos más violentos del cosmos, desde supernovas hasta la fusión de agujeros negros e incluso los orígenes del universo en el big bang.

Hay una serie de detectores de ondas gravitacionales actualmente en funcionamiento, y posiblemente los más destacados sean los de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA, que comprende tres «interferómetros láser» con sede en los EE. UU., Italia y Japón, respectivamente.

Estos detectores funcionan mediante el uso de láseres gemelos para medir incluso los cambios más pequeños en las distancias y son capaces de detectar ondas gravitacionales con frecuencias en el rango de 1 a 1000 hercios.

Por el contrario, un enfoque alternativo funciona midiendo variaciones sutiles en las señales periódicas recibidas de los púlsares, estrellas de neutrones giratorias que emiten haces de ondas de radio de una manera similar a las balizas giratorias de los faros.

Esta configuración es capaz de detectar ondas gravitacionales de baja frecuencia en el rango de nanohercios como las causadas, por ejemplo, por la fusión de agujeros negros supermasivos.

Lo que esto significa es que, juntos, los detectores actuales tienen un punto ciego considerable en el rango de microhercios que se encuentra entre estas dos bandas de frecuencia y, por lo tanto, son incapaces de detectar el tipo de ondas gravitacionales que los físicos esperan que se generen como pares de agujeros negros supermasivos. orbitan entre sí en las etapas finales antes de colisionar.

El físico teórico Dr. Alexander Jenkins del University College London y su colega el Dr. Diego Blas de la Universitat Autònoma de Barcelona están, como dice el primero, «apuntando a llenar este vacío».

Para hacer esto, explicó el Dr. Jenkins, proponen basarse en una idea que data de la década de 1970 y medir cómo las ondas gravitacionales «influyen en las órbitas de los sistemas binarios, incluido el sistema Tierra-Luna».

Según el dúo, las ondas gravitacionales que golpean la Tierra y la Luna en el rango de frecuencia de microhercios, es decir, alrededor de una oscilación cada pocas semanas, deberían tener una influencia sutil pero detectable en la órbita de la pareja.

Para un ejemplo hipotético y muy simple, una onda gravitacional continua con la misma frecuencia que el movimiento orbital de la Tierra y la Luna podría empujar a la Luna un poco más cerca de la Tierra con cada ciclo, gracias a los fenómenos resonantes.

Este minúsculo cambio en las propiedades orbitales sería imperceptible para nosotros y no debería preocuparnos, ya que la Luna se ha estado alejando a un ritmo mucho mayor, actualmente alrededor de 1,5 pulgadas por año, durante miles de millones de años como resultado de la interacción con las mareas de la Tierra. .

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Aunque las ondas gravitacionales no van a dejar caer la Luna sobre nuestras cabezas, sin embargo, medir los cambios sutiles en la órbita de la Luna usando un láser podría revelar la presencia de ondas gravitacionales de microhercios previamente indetectables.

El alcance láser funciona al hacer rebotar un haz de luz concentrada en uno de los reflectores especiales dejados en la superficie lunar por las misiones Apollo de EE. UU. y Lunokhod soviética, y midiendo cuánto tarda la señal en regresar.

En su artículo, los doctores Jenkins y Blas demostraron que tales estudios del sistema Tierra-Luna podrían usarse para permitir a los físicos establecer un límite superior nuevo y refinado en la fuerza de las ondas gravitacionales en la brecha de microhercios.

Y como si tratar a la Tierra y la Luna como una pieza gigante de equipo de laboratorio no fuera lo suficientemente grandioso, los investigadores dicen que quieren explorar llevar el principio central aún más lejos.

El Dr. Jenkins dijo: «No se trata solo de sistemas binarios individuales, también necesitamos ver cómo responden las galaxias enteras a las ondas gravitacionales».

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El físico Vitor Cardoso de la Universidad de Lisboa, que no participó en el presente estudio, dijo que la idea era «una forma emocionante y novedosa de ver las ondas gravitacionales».

Y agregó: “La idea es simple, pero requiere cálculos difíciles para implementar y demostrar que funciona”.

Llenar la brecha de frecuencia de detección, agregó, puede revelar nuevas fuentes inesperadas de ondas gravitacionales.

Los expertos pueden encontrar, agregó, «que el Universo está lleno de contenido misterioso de ondas gravitacionales».

Los hallazgos completos del estudio se publicaron en la revista Physical Review Letters.

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