La detección reciente de ondas gravitacionales por el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser LIGO provino de dos agujeros negros, cada uno de aproximadamente 30 veces la masa de nuestro sol, fusionándose en uno. Las ondas gravitacionales abarcan una amplia gama de frecuencias que requieren diferentestecnologías para detectar. Un nuevo estudio del Observatorio Nanohertz de Ondas Gravitacionales de América del Norte NANOGrav ha demostrado que las ondas gravitacionales de baja frecuencia pronto podrían ser detectadas por los radiotelescopios existentes.
"Detectar esta señal es posible si somos capaces de monitorear un número suficientemente grande de púlsares esparcidos por el cielo", dijo Stephen Taylor, autor principal del artículo publicado esta semana en Las letras del diario astrofísico . Es un investigador postdoctoral en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en Pasadena, California. "La pistola humeante verá el mismo patrón de desviaciones en todos ellos". Taylor y sus colegas del JPL y el Instituto de Tecnología de California en Pasadena tienenha estado estudiando la mejor manera de usar púlsares para detectar señales de ondas gravitacionales de baja frecuencia. Los púlsares son estrellas de neutrones altamente magnetizadas, los núcleos de estrellas que giran rápidamente cuando una estrella masiva explota como una supernova.
La teoría general de la relatividad de Einstein predice que las ondas gravitacionales, ondas en el espacio-tiempo, emanan de la aceleración de objetos masivos. Las ondas gravitacionales de Nanohertz se emiten desde pares de agujeros negros supermasivos que orbitan entre sí, cada uno de los cuales contiene millones o mil millones de veces más de masaque los detectados por LIGO. Cada uno de estos agujeros negros se originó en el centro de galaxias separadas que colisionaron. Se están acercando lentamente y eventualmente se fusionarán para crear un solo agujero negro de gran tamaño.
A medida que se orbitan entre sí, los agujeros negros tiran de la tela del espacio y crean una débil señal que viaja hacia afuera en todas las direcciones, como una vibración en una telaraña. Cuando esta vibración pasa a la Tierra, empuja nuestro planeta ligeramente, causandopara cambiar con respecto a los púlsares distantes. Las ondas gravitacionales formadas por agujeros negros supermasivos binarios tardan meses o años en pasar la Tierra y requieren muchos años de observaciones para detectar.
"Las fusiones de galaxias son comunes, y creemos que hay muchas galaxias que albergan agujeros negros supermasivos binarios que deberíamos poder detectar", dijo Joseph Lazio, uno de los coautores de Taylor, también con sede en JPL. "Pulsars nos permitirápara ver estos objetos masivos a medida que lentamente se acercan en espiral "
Una vez que estos gigantescos agujeros negros se acerquen entre sí, las ondas gravitacionales son demasiado cortas para detectarlas usando púlsares. Los interferómetros láser basados en el espacio como eLISA, una misión desarrollada por la Agencia Espacial Europea con participación de la NASA, operarían en elbanda de frecuencia que puede detectar la firma de la fusión de agujeros negros supermasivos. La misión LISA Pathfinder, que incluye un sistema estabilizador de hélice administrado por JPL, actualmente está probando las tecnologías necesarias para la futura misión eLISA.
Encontrar evidencia de binarios de agujeros negros supermasivos ha sido un desafío para los astrónomos. Los centros de las galaxias contienen muchas estrellas e incluso los monstruosos agujeros negros son bastante pequeños, comparables al tamaño de nuestro sistema solar. Ver firmas visibles de estos binarios en medio deEl resplandor de la galaxia circundante ha sido difícil para los astrónomos.
Los radioastrónomos buscan las señales gravitacionales de estos binarios. En 2007, NANOGrav comenzó a observar un conjunto de púlsares de rotación más rápida para tratar de detectar pequeños cambios causados por las ondas gravitacionales.
Los púlsares emiten haces de ondas de radio, algunos de los cuales barren la Tierra una vez cada rotación. Los astrónomos lo detectan como un pulso rápido de emisión de radio. La mayoría de los púlsares giran varias veces por segundo. Pero algunos, llamados púlsares de milisegundos, giran cientos de veces más rápido.
"Los púlsares de milisegundos tienen tiempos de llegada extremadamente predecibles, y nuestros instrumentos pueden medirlos en menos de una millonésima de segundo", dijo Maura McLaughlin, radioastrónomo de la Universidad de West Virginia en Morgantown y miembro del equipo NANOGrav."Debido a eso, podemos usarlos para detectar cambios increíblemente pequeños en la posición de la Tierra".
Pero los astrofísicos de JPL y Caltech advierten que detectar ondas gravitacionales débiles probablemente requeriría más que unos pocos púlsares. "Somos como una araña en el centro de una red", dijo Michele Vallisneri, otro miembro de la investigación de JPL / Caltechgrupo. "Cuantos más filamentos tengamos en nuestra red de púlsares, es más probable que detectemos cuando pasa una onda gravitacional".
Vallisneri dijo que lograr esta hazaña requerirá colaboración internacional. "NANOGrav actualmente está monitoreando 54 púlsares, pero solo podemos ver parte del hemisferio sur. Tendremos que trabajar en estrecha colaboración con nuestros colegas en Europa y Australia para obtener todocobertura de cielo que requiere esta búsqueda "
La viabilidad de este enfoque fue cuestionada recientemente cuando un grupo de investigadores de púlsar australianos informaron que no podían detectar tales señales al analizar un conjunto de púlsares con las mediciones de tiempo más precisas. Después de estudiar este resultado, el equipo de NANOGrav determinóque la no detección informada no fue una sorpresa, y resultó de la combinación de modelos optimistas de ondas gravitacionales y análisis de muy pocos púlsares. Su respuesta de una página se lanzó recientemente a través del servicio de impresión electrónica arXiv.
A pesar de los desafíos técnicos, Taylor confía en que su equipo está en el camino correcto. "Las ondas gravitacionales están arrasando la Tierra todo el tiempo", dijo Taylor. "Dada la cantidad de púlsares observados por NANOGrav y otros equipos internacionales, esperamostener evidencia clara y convincente de ondas gravitacionales de baja frecuencia en la próxima década "
NANOGrav es una colaboración de más de 60 científicos en más de una docena de instituciones en los Estados Unidos y Canadá. El grupo utiliza observaciones de temporización de púlsar de radio adquiridas en el Telescopio Green Bank de NRAO en Virginia Occidental y en el Observatorio de Radio Arecibo en Puerto Rico para buscarondas en la estructura del espacio-tiempo. En 2015, NANOGrav recibió $ 14.5 millones de dólares por parte de la National Science Foundation para crear y operar un Centro de Fronteras Físicas.
"Con la reciente detección de ondas gravitacionales por parte de LIGO, el trabajo sobresaliente de la colaboración NANOGrav es particularmente relevante y oportuno", dijo Pedro Marronetti, director del programa de la Fundación Nacional de Ciencias para la investigación de ondas gravitacionales. "Este Centro de Fronteras Físicas financiado por NSF espreparado para complementar las observaciones de LIGO, extendiendo la ventana de detección de ondas gravitacionales a frecuencias muy bajas ".
Para información adicional, visite: http://nanograv.org/
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NASA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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