El estudio de las violentas colisiones de los agujeros negros y las estrellas de neutrones puede proporcionar pronto una nueva medida de la tasa de expansión del Universo, lo que ayudará a resolver una disputa de larga data, sugiere un nuevo estudio de simulación dirigido por investigadores de la UCL University College London.
Nuestras dos mejores formas actuales de estimar la tasa de expansión del Universo, midiendo el brillo y la velocidad de las estrellas pulsantes y en explosión, y observando las fluctuaciones en la radiación del Universo temprano, dan respuestas muy diferentes, lo que sugiere que nuestra teoría del Universo puede serequivocado.
Un tercer tipo de medición, que analiza las explosiones de luz y las ondas en la estructura del espacio causadas por las colisiones entre agujeros negros y estrellas de neutrones, debería ayudar a resolver este desacuerdo y aclarar si nuestra teoría del Universo necesita una reescritura.
El nuevo estudio, publicado en Cartas de revisión física , simuló 25,000 escenarios de agujeros negros y estrellas de neutrones colisionando, con el objetivo de ver cuántos probablemente serían detectados por los instrumentos en la Tierra a mediados o finales de la década de 2020.
Los investigadores encontraron que, para 2030, los instrumentos en la Tierra podrían detectar ondas en el espacio-tiempo causadas por hasta 3,000 de tales colisiones, y que para alrededor de 100 de estos eventos, los telescopios también verían explosiones de luz acompañantes.
Llegaron a la conclusión de que estos serían datos suficientes para proporcionar una medida nueva y completamente independiente de la tasa de expansión del Universo, lo suficientemente precisa y confiable como para confirmar o negar la necesidad de una nueva física.
El autor principal, el Dr. Stephen Feeney UCL de Física y Astronomía dijo: "Una estrella de neutrones es una estrella muerta, creada cuando una estrella muy grande explota y luego colapsa, y es increíblemente densa, típicamente de 10 millas de diámetro pero con una masa hacia arribaal doble que nuestro Sol. Su colisión con un agujero negro es un evento cataclísmico, que causa ondas de espacio-tiempo, conocidas como ondas gravitacionales, que ahora podemos detectar en la Tierra con observatorios como LIGO y Virgo.
"Aún no hemos detectado luz de estas colisiones. Pero los avances en la sensibilidad de los equipos que detectan ondas gravitacionales, junto con los nuevos detectores en India y Japón, conducirán a un gran avance en términos de cuántos de estos tipos de eventospodemos detectar. Es increíblemente emocionante y debería abrir una nueva era para la astrofísica ".
Para calcular la tasa de expansión del Universo, conocida como la constante de Hubble, los astrofísicos necesitan conocer la distancia de los objetos astronómicos a la Tierra, así como la velocidad a la que se alejan. El análisis de las ondas gravitacionales nos dice qué tan lejos está una colisión, dejando solo la velocidad por determinar.
Para saber qué tan rápido se aleja la galaxia que alberga una colisión, observamos el "corrimiento al rojo" de la luz, es decir, cómo la longitud de onda de la luz producida por una fuente se ha estirado por su movimiento. Explosiones de luz que pueden acompañarEstas colisiones nos ayudarían a identificar la galaxia donde ocurrió la colisión, lo que permitiría a los investigadores combinar mediciones de distancia y mediciones de corrimiento al rojo en esa galaxia.
El Dr. Feeney dijo: "Los modelos informáticos de estos eventos cataclísmicos están incompletos y este estudio debería proporcionar una motivación adicional para mejorarlos. Si nuestras suposiciones son correctas, muchas de estas colisiones no producirán explosiones que podamos detectar: el agujero negro se tragarála estrella sin dejar rastro. Pero en algunos casos, un agujero negro más pequeño puede primero desgarrar una estrella de neutrones antes de tragarla, dejando potencialmente materia fuera del agujero que emite radiación electromagnética ".
El coautor, profesor Hiranya Peiris UCL de Física y Astronomía y Universidad de Estocolmo dijo: "El desacuerdo sobre la constante de Hubble es uno de los mayores misterios de la cosmología. Además de ayudarnos a desentrañar este rompecabezas, las ondas del espacio-tiempo de estos cataclísmicosLos eventos abren una nueva ventana al universo. Podemos anticipar muchos descubrimientos emocionantes en la próxima década ".
Las ondas gravitacionales se detectan en dos observatorios en los Estados Unidos LIGO Labs, uno en Italia Virgo y otro en Japón KAGRA. Un quinto observatorio, LIGO-India, está ahora en construcción.
Nuestras dos mejores estimaciones actuales de la expansión del Universo son 67 kilómetros por segundo por megaparsec 3,26 millones de años luz y 74 kilómetros por segundo por megaparsec. La primera se deriva del análisis del fondo cósmico de microondas, la radiación que queda del BigBang, mientras que el segundo proviene de comparar estrellas a diferentes distancias de la Tierra, específicamente Cefeidas, que tienen brillo variable, y estrellas en explosión llamadas supernovas de tipo Ia.
El Dr. Feeney explicó: "Como la medición de fondo de microondas necesita una teoría completa del Universo, pero el método estelar no, el desacuerdo ofrece pruebas tentadoras de nueva física más allá de nuestra comprensión actual. Antes de que podamos hacer tales afirmaciones, sin embargo, necesitamos la confirmación del desacuerdo a partir de observaciones completamente independientes; creemos que se pueden obtener a través de colisiones entre agujeros negros y estrellas de neutrones ".
El estudio fue realizado por investigadores de UCL, Imperial College London, Stockholm University y University of Amsterdam. Fue apoyado por la Royal Society, el Swedish Research Council VR, la Knut and Alice Wallenberg Foundation y los Países BajosOrganización para la Investigación Científica NWO.
Llave de agujero negro para los gigantes de las galaxias
Los astrónomos lanzan un nuevo mapa celeste de los alcances exteriores de la Vía Láctea
Mars tiene los ingredientes adecuados para la vida microbiana actual debajo de su superficie, según un estudio
El helicóptero Ingenuity Mars de la NASA triunfa en el histórico primer vuelo
Efectos genéticos de la radiación de Chernobyl
La nueva tecnología CRISPR ofrece un control incomparable de la herencia epigenética
Red cuántica basada en enredos