La reciente detección de ondas gravitacionales LIGO de la fusión de agujeros negros con decenas de masas solares ha confirmado que se pueden observar y medir las distorsiones en la estructura del espacio-tiempo. Los investigadores del Observatorio Nanohertz de Ondas Gravitacionales de América del Norte NANOGrav han gastadola última década buscando ondas gravitacionales de baja frecuencia emitidas por binarios de agujeros negros con masas muchos millones de veces más grandes que las vistas por LIGO.
El análisis del conjunto de datos de nueve años de NANOGrav proporciona límites muy restrictivos sobre la prevalencia de dichos binarios de agujeros negros supermasivos en todo el Universo. Dada la comprensión actual de los científicos de la frecuencia con la que las galaxias se fusionan, estos límites apuntan a menos binarios de agujeros negros supermasivos detectables que antesesperado. Este resultado tiene un impacto significativo en nuestra comprensión de cómo las galaxias y sus agujeros negros centrales co-evolucionan.
Las ondas gravitacionales de baja frecuencia son muy difíciles de detectar, con longitudes de onda que abarcan años luz y que se originan a partir de binarios de agujeros negros en galaxias esparcidas por el cielo. La combinación de todos estos agujeros negros binarios gigantes conduce a un constante "zumbido" deLas ondas gravitacionales que los modelos predicen deberían ser detectables en la Tierra. Los astrofísicos llaman a este efecto el "fondo de ondas gravitacionales estocásticas", y detectarlo requiere técnicas de análisis especiales.
Los pulsares son los núcleos de estrellas masivas que quedan después de que las estrellas se vuelven supernovas y emiten pulsos de ondas de radio a medida que giran. Los púlsares más rápidos giran cientos de veces por segundo y emiten un pulso cada pocos milisegundos. Estos "púlsares de milisegundos" MSPse consideran los relojes más precisos de la naturaleza y son ideales para detectar la pequeña señal de las ondas gravitacionales. "Esta medición es posible porque el fondo de la onda gravitacional imprime una firma única en las ondas de radio vistas desde una colección de MSP", dijo Justin Ellis, miembro de Einstein.en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California, y un coautor del informe publicado ayer en Revista astrofísica .
Los astrofísicos usan modelos de computadora para predecir con qué frecuencia las galaxias se fusionan y forman binarios de agujeros negros supermasivos. Esos modelos usan varias suposiciones simplificadoras sobre cómo evolucionan los binarios de agujeros negros cuando predicen la fuerza del fondo estocástico de ondas gravitacionales. Mediante el uso de información sobre fusiones de galaxias yEn el contexto, los científicos pueden mejorar sus suposiciones sobre la evolución binaria del agujero negro.
Ellis continúa: "Después de nueve años de observar una colección de MSP, no hemos detectado el fondo estocástico, pero estamos comenzando a descartar muchas predicciones basadas en los modelos actuales de evolución de galaxias. Ahora estamos en un punto donde-detección de ondas gravitacionales en realidad está mejorando nuestra comprensión de la evolución binaria del agujero negro "
"Las series de temporización de Pulsar como NANOGrav están haciendo nuevas observaciones de la evolución y la naturaleza de nuestro Universo", dice Sarah Burke Spolaor, miembro de Jansky en el Observatorio Nacional de Radioastronomía NRAO en Soccoro, Nuevo México, y coautora deel papel.
Según Spolaor, hay dos posibles interpretaciones de esta no detección. "Algunos binarios de agujeros negros supermasivos pueden no estar en órbitas circulares o interactuar significativamente con gas o estrellas. Esto los llevaría a fusionarse más rápido de lo que los modelos simples han supuestoen el pasado ". Una explicación alternativa es que muchos de estos binarios inspirales son demasiado lentos para emitir ondas gravitacionales detectables".
NANOGrav actualmente monitorea 54 púlsares, utilizando el Telescopio Green Bank de la Fundación Nacional de Ciencias en Virginia Occidental y el Radio Observatorio de Arecibo en Puerto Rico, los dos radiotelescopios más sensibles en estas frecuencias. Su matriz de púlsares crece continuamente a medida que se descubren nuevos MSPAdemás, el grupo colabora con radioastrónomos en Europa y Australia como parte del International Pulsar Timing Array, dándoles acceso a muchas más observaciones de púlsar. Ellis estima que este aumento en la sensibilidad podría conducir a una detección en tan solo cinco años..
Además, esta medición ayuda a restringir las propiedades de las cadenas cósmicas, objetos cosmológicos muy densos y delgados, que muchos teóricos creen que evolucionaron cuando el Universo tenía solo una fracción de segundo de antigüedad. Estas cadenas pueden formar bucles, que luego se descomponen a través de la gravedademisión de onda. El límite más conservador de NANOGrav en la tensión de la cuerda cósmica es el límite más estricto hasta la fecha, y continuará mejorando a medida que NANOGrav continúe operando.
"Estos nuevos resultados de NANOGrav tienen las implicaciones astrofísicas más importantes hasta ahora", dijo Scott Ransom, astrónomo de NRAO en Charlottesville, Virginia. "A medida que mejoramos nuestras capacidades de detección, nos acercamos cada vez más a ese umbral importante donde el cósmicoel murmullo comienza a escucharse. En ese momento, podremos realizar tipos de experimentos de física completamente nuevos en escalas cósmicas y abrir una nueva ventana en el Universo, tal como lo hizo LIGO para las ondas gravitacionales de alta frecuencia ".
NANOGrav es una colaboración de más de 60 científicos en más de una docena de instituciones en los Estados Unidos y Canadá cuyo objetivo es detectar ondas gravitacionales de baja frecuencia para abrir una nueva ventana en el Universo. El grupo utiliza observaciones de temporización de púlsar de radio para buscar elondas en la tela del espacio-tiempo.
En 2015, NANOGrav recibió $ 14.5 millones por la National Science Foundation para crear y operar un Centro de Fronteras Físicas. "Los Centros de Fronteras de Física reúnen a las personas para abordar la ciencia de fronteras, y el trabajo de NANOGrav en física de ondas gravitacionales de baja frecuencia es un granejemplo ", dijo Jean Cottam Allen, director del programa NSF que supervisa el programa del Centro de Fronteras de Física." Estamos encantados con su progreso hasta el momento, y estamos ansiosos por ver a dónde nos llevará ".
El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo un acuerdo cooperativo de Associated Universities, Inc.
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Materiales proporcionado por Observatorio Nacional de Radioastronomía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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