Nuestro universo es un mar caótico de ondas gravitacionales. Los astrónomos creen que las ondas gravitacionales de parejas de agujeros negros supermasivos (se orbitan entre sí) que se encuentran en galaxias lejanas, tienen una longitud de años luz. Los científicos han estado tratando de observarlas durante décadas, y ahora están más cerca de hacerlo gracias al telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA.
Fermi detecta rayos gamma, la forma de luz de mayor energía. Un equipo internacional de científicos ha examinado datos de Fermi obtenidos durante más de una década, sobre púlsares, que son núcleos de estrellas que explotaron como supernovas y que rotan a gran velocidad. Buscaron ligeras variaciones en el tiempo de llegada de los rayos gamma de estos púlsares, cambios que pudieron haber sido causados debido a que la luz pasara a través de ondas gravitacionales en su camino hacia la Tierra. Pero no encontraron ninguno.
Aunque no se detectaron ondas, el análisis muestra que, con más observaciones, estas ondas pueden estar al alcance de Fermi.
“Nos sorprendimos un poco cuando descubrimos que Fermi podría ayudarnos a buscar grandes ondas gravitacionales”, dijo Matthew Kerr, físico investigador del U.S. Naval Research Laboratory, en Washington. “Los estudios de radio han estado haciendo búsquedas similares durante años, pero Fermi y los rayos gamma tienen algunas características especiales que los convierten en una herramienta muy poderosa en esta investigación”.
Los resultados del estudio, codirigido por Kerr y Aditya Parthasarathy, investigadora del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, se publicaron online el 7 de abril, en la revista Science.
Créditos: Conceptual Image Lab del Goddard Space Flight Center de la NASA.
Cuando los objetos masivos se aceleran, producen ondas gravitacionales que viajan a la velocidad de la luz. El Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory ubicado en la superficie de la Tierra, que detectó ondas gravitacionales por primera vez en 2015, puede detectar ondas de decenas a cientos de kilómetros de amplitud, que pasan por la Tierra en solo fracciones de segundo. La próxima antena espacial de interferómetría láser (LISA) que se localizará en el espacio, captará ondas de millones a miles de millones de kilómetros de amplitud.
Kerr y su equipo están buscando ondas que tengan años luz de amplitud y que tarden años en pasar por la Tierra. Estas ondas son parte del fondo de ondas gravitacionales, un mar aleatorio de ondas generadas en parte por parejas de agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias fusionadas en todo el universo.
Créditos: NASA/Bernard J. Kelly (Goddard y Univ. del condado de Maryland Baltimore), Chris Henze (Ames) y Tim Sandstrom (CSC Government Solutions LLC).
Para encontrarlos, los científicos necesitan detectores del tamaño de una galaxia, llamados conjuntos de sincronización de púlsares. Éstas, utilizan conjuntos específicos de púlsares de milisegundos, que giran tan rápido como las cuchillas de una licuadora. Los púlsares de milisegundos barren haces de radiación, desde radio hasta rayos gamma, pareciendo pulsar con una regularidad increíble, como si fueran relojes cósmicos.
A medida que las ondas gravitacionales largas pasan entre uno de estos púlsares y la Tierra, retrasan o adelantan el tiempo de llegada de la luz en mil millonésimas de segundo. Al buscar un patrón específico de variaciones de pulso entre los púlsares de una matriz, los científicos esperan poder revelar las ondas gravitacionales que pasan junto a ellos.
Los radioastrónomos han estado utilizando conjuntos de sincronización de púlsares durante décadas, y sus observaciones son las más sensibles a estas ondas gravitacionales. Pero los efectos interestelares complican el análisis de los datos de radio. El espacio está salpicado de electrones perdidos. A través de años luz, sus efectos se combinan para doblar la trayectoria de las ondas de radio. Esto altera los tiempos de llegada de pulsos a diferentes frecuencias. Los rayos gamma no sufren estas complicaciones, proporcionando tanto una investigación complementaria como una confirmación independiente de los resultados de radio.
“Los resultados de Fermi ya son un 30% mejores que los conjuntos de sincronización de púlsar en radio cuando se trata de detectar el fondo de ondas gravitacionales”, dijo Parthasarathy. “Con otros cinco años de recopilación y análisis de datos de púlsares, será igualmente capaz con la ventaja adicional de no tener que preocuparnos por todos esos electrones perdidos”.
Dentro de la próxima década, los astrónomos tanto de radio como de rayos gamma esperan alcanzar sensibilidades que les permitan captar ondas gravitacionales de parejas de monstruosos agujeros negros en órbita entre sí.
“La capacidad sin precedentes de Fermi para cronometrar con precisión la llegada de los rayos gamma y su amplio campo de visión hacen posible esta medición”, dijo Judith Racusin, científica adjunta del proyecto Fermi en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Desde su lanzamiento, la misión nos ha sorprendido constantemente con nueva información sobre el cielo en rayos gamma. Todos esperamos con ansias el próximo descubrimiento asombroso”.
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi es una asociación de astrofísica y física de partículas administrada por Goddard. Fermi fue desarrollado en colaboración con el U.S. Department of Energy, con importantes contribuciones de instituciones académicas y socios en Francia, Alemania, Italia, Japón, Suecia y Estados Unidos.
Edición: R. Castro.