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Reacciones: hallan evidencias de un fondo cósmico de ondas gravitacionales producidas posiblemente por colisiones de agujeros negros supermasivos

El consorcio International Pulsar Timing Array (IPTA) ha descubierto pruebas de la existencia de un fondo cósmico de ondas gravitacionales. Los resultados, publicados por diferentes consorcios de IPTA en varias revistas científicas, mostrarían que este fondo cósmico sería el resultado de colisiones de agujeros negros supermasivos. En 2015, investigadores de las colaboraciones LIGO y Virgo realizaron la primera observación directa de ondas gravitacionales causadas por la colisión de dos agujeros negros de masa estelar. Estas ondas oscilan varias veces por segundo. Lo que ahora han hallado los consorcios son ondas gravitacionales emitidas por agujeros negros binarios supermasivos en el centro de las galaxias, unas ondas que oscilan en escalas temporales de muchos años.   

29/06/2023 - 13:41 CEST
 
agujeros negros

Fuente: OzGrav.

Reacciones

Font - fondo cósmico

José Antonio Font

Catedrático de Astronomía y Astrofísica de la Universitat de València en el departamento de Astronomía y Astrofísica y en el Observatorio Astronómico, y coordinador de las actividades del Grupo Virgo de la Universitat de València para la detección y análisis de ondas gravitatorias (colaboración LIGO-Virgo-KAGRA)

Science Media Centre España

Sin duda es un hallazgo muy importante en el campo de la astronomía de ondas gravitatorias. En 2015 la colaboración LIGO y Virgo inició este campo de investigación con la primera observación de la señal gravitacional procedente de la colisión de dos agujeros negros, GW150914. Desde entonces, LIGO y Virgo han observado en torno a un centenar de señales, todas ellas asociadas a colisiones de sistemas binarios formados por dos agujeros negros, dos estrellas de neutrones, o sistemas binarios mixtos formados por un agujero negro y una estrella de neutrones.  

Ahora, los resultados de estos nuevos experimentos, colectivamente llamados Pulsar Timing Arrays (PTA), han descubierto evidencias muy claras de la existencia de un fondo cósmico de ondas gravitatorias producidas por colisiones de agujeros negros.  

¿Cuál es la diferencia entre lo que observan LIGO/Virgo y lo que observan PTA, si parece que en ambos casos son colisiones de binarias de agujeros negros? Hay varias diferencias:  

  1. La primera diferencia es que los agujeros negros de LIGO/Virgo son de origen estelar, con masas típicas inferiores a 100 veces la masa del Sol. Que sean de origen estelar significa que se forman típicamente al final de la vida de estrellas muy masivas, cuando estas implosionan gravitacionalmente al agotar su combustible. Sin embargo, los agujeros negros de los PTA son supermasivos (y no de origen estelar), con masas típicas en el rango de centenares de miles de soles y miles de millones de soles. Estos agujeros negros supermasivos se deben formar por agregación de otros agujeros negros menos masivos. 
  2. La segunda diferencia es que la frecuencia de las ondas gravitatorias detectadas por LIGO/Virgo y por los PTA son muy diferentes (debido a la enorme disparidad en la masa de las fuentes involucradas en cada caso). En el caso de LIGO/Virgo, las señales detectadas tienen frecuencias (en el momento de la colisión) en torno a decenas de Hz o unos pocos kHz. En el caso de los PTAs, las señales detectadas tienen frecuencias en el rango de los micro Hz e incluso menores, hasta los nano Hz (de ahí que uno de los experimentos se llame nanoGrav). Por tanto, las observaciones de los PTA abren la ventana de las bajas frecuencias en el espectro gravitacional.   
  3. La tercera diferencia es que, así como LIGO/Virgo detectan señales emitidas por colisiones individuales (por ejemplo, GW150914 es la señal producida por dos agujeros negros y GW170817 es la señal producida por dos estrellas de neutrones), los PTAs detectan la “suma” de múltiples señales individuales, lo que técnicamente se conoce con el nombre de “fondo estocástico de radiación gravitatoria”. El adjetivo “estocástico” indica el carácter estadísticamente aleatorio de las señales individuales que dan lugar al fondo total. Es decir, lo que ocurre es que cada colisión de dos agujeros negros supermasivos que se ha producido en la historia de nuestro universo ha producido una señal gravitacional. Cuando las señales de todas las colisiones se combinan (se suman), eso produce un fondo. Eso es lo que los PTAs han detectado y es, realmente, un hallazgo fenomenal.
No declara conflicto de interés
ES

Alicia Sintes - fondo cósmico

Alicia Sintes

Catedrática de Física Teórica de la Universitat de les Illes Balears en el departamento de Física & IAC3, y miembro del grupo Relatividad y Gravitación, que forma parte de los consorcios LIGO, GEO y de los proyectos e-LISA y Einstein Telescope

Science Media Centre España

Hoy es un día emocionante. Está claro que la astronomía gravitacional ha llegado para quedarse y que con ella vamos a revolucionar los conceptos actuales del universo. 

Han pasado más de siete años desde la primera observación directa de las ondas gravitacionales con los detectores LIGO. Ahora, el consorcio International Pulsar Timing Array (IPTA) ha abierto una nueva ventana al cosmos haciendo observaciones en la banda de los nanohercios. Ellos tienen evidencia de un fondo estocástico de ondas gravitacionales procedente de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos. Es decir, procedente de la fusión de galaxias.  

En la historia de la astronomía cada vez que se ha abierto una nueva ventana en el espectro electromagnético ha habido grandes descubrimientos. Las ondas gravitacionales nos proporcionan un nuevo espectro y con información complementaria a la de la luz. Con Pulsar Timing Array se abre la ventana a las bajas frecuencias; con los detectores terrestres (LIGO-Virgo-KAGRA) se cubren las altas frecuencias y con ellas, fenómenos que involucran cuerpos de masas estelares. Yo estoy ansiosa de que llegue el día del lanzamiento de la futura misión espacial LISA (2037) para cubrir la banda de frecuencia entre PTA y los de tierra, así como los detectores de tercera generación con los que hacer astronomía de ondas gravitacionales de alta precesión, y con la observación de millones de eventos al año.  

Hoy, dar mi enhorabuena a IPTA por los resultados obtenidos después de tantos años de observación. 

No declara conflicto de interés
ES

Sascha Husa - fondo cósmico

Sascha Husa

Profesor de Física Teórica de la Universitat de les Illes Balears y miembro del grupo Relatividad y Gravitación, que forma parte de los consorcios LIGO, GEO y de los proyectos e-LISA y Einstein Telescope

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Es un hallazgo revolucionario en el sentido de que está demostrado que el método del Pulsar Timing [PTA] puede detectar señales. La sensibilidad de este método se va a incrementar lentamente y se espera que, en algún momento en el futuro, podamos aprender más sobre las fuentes de estas señales. 

La gran diferencia con LIGO y otros observatorios como LISA o el Einstein Telescope es que con estos se detectan señales individuales y no solo un fondo estocástico. Además, es posible ya identificar las fuentes de las señales observadas con LIGO y LISA, y aprender ya directamente sobre astrofísica, cosmología y física fundamental. Con Pulsar Timing esta fase de aprender sobre astrofísica y otras áreas va a necesitar más tiempo, pero el hecho de que se pueden observar las frecuencias muy bajas y, en consecuencia, nuevos aspectos de física, es muy emocionante. 

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