Pulsar Web pudo detectar las ondas gravitacionales de baja frecuencia

Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el espacio-tiempo, representada por la cuadrícula verde, producida mediante la aceleración de cuerpos tales como agujeros negros supermasivos interactuantes. Estas ondas afectan el tiempo que toma para que las señales de radio de los pulsares llegar a Tierra. Crédito: David Champion

 

La reciente detección de ondas gravitacionales por el Observatorio de ondas gravitacionales interferómetro de láser (LIGO) vino de dos agujeros negros, cada uno de aproximadamente 30 veces la masa de nuestro Sol, fundiéndose en uno. Las ondas gravitacionales abarcan una amplia gama de frecuencias que requieren distintas tecnologías para detectar. Un nuevo estudio de la América del norte Nanohertz Observatorio de ondas gravitatorias (NANOGrav) ha demostrado que las ondas gravitacionales de baja frecuencia podría pronto ser detectables por los telescopios de radio.

 

"La detección de esta señal es posible si somos capaces de controlar un número suficientemente grande de los púlsares en el cielo," dijo a Stephen Taylor, principal autor del artículo publicado esta semana en The Astrophysical Journal Letters. Él es un investigador postdoctoral en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Pasadena, California. "La pistola humeante verán el mismo patrón de las desviaciones en todas ellas." Taylor y sus colegas en el JPL y el California Institute of Technology en Pasadena han estado estudiando la mejor manera de utilizar los púlsares para detectar señales de las ondas gravitacionales de baja frecuencia. Los púlsares son estrellas de neutrón altamente magnetizadas, los corazones de la rápida rotación de estrellas a la izquierda detrás de cuando una estrella masiva explota como una supernova.

 

Teoría general de la relatividad de Einstein predice que las ondas gravitacionales, ondas en espacio-tiempo, emanan de la aceleración de objetos masivos. Se emiten las ondas gravitacionales Nanohertz pares de agujeros de negros supermasivos orbitando entre sí, cada uno de los cuales contienen millones o mil millones de veces más masa que los detectados por LIGO. Estos agujeros negros cque se originaron en el centro de galaxias separadas que chocaron. Lentamente se acercan y finalmente se fusionan para crear un agujero negro tamaño super.

 

Como orbitan mutuamente, los agujeros negros tirando de la tela del espacio y crean una señal débil que viaja hacia afuera en todas direcciones, como una vibración en una tela de araña. Cuando esta vibración pasa por la Tierra, emociona ( afecta) nuestro planeta, causando cambio con respecto a los púlsares lejanos. Las ondas gravitacionales formadas por agujeros negros supermasivos binario tomar meses o años para pasar por la tierra y requieren muchos años de observaciones para detectarla.

 

«Fusiones de la galaxia son comunes, y creemos que hay muchas galaxias con binarios agujeros negros supermasivos que deberíamos ser capaces de detectar,» dijo Joseph Lazio, uno de los autores de Taylor, también basado en el JPL. "Los púlsares nos permitirá ver estos objetos masivos lentamente en espiral más cerca juntos."

 

Una vez que estos gigantescos agujeros negros estén muy cerca uno del otro, las ondas gravitacionales son demasiado cortas para detectarla usando los púlsares. Interferómetros de láser en el espacio como eLISA, una misión que está siendo desarrollada por la Agencia Europea de espacio con la participación de la NASA, operaría en la banda de frecuencias que puede detectar la firma de agujeros negros supermasivos en fusión. La misión LISA Pathfinder, que incluye un sistema de hélice estabilizadora gestionado por el JPL, está probando tecnologías necesarias para la misión futura de eLISA.

 

Encontrar evidencia de binarios supermasivos agujeros negros ha sido un reto para los astrónomos. Los centros de galaxias contienen muchas estrellas, e incluso monstruosos agujeros negros son bastante pequeños, comparables al tamaño de nuestro sistema solar. Ver firmas visibles de estos binarios en medio de la luz de la galaxia circundante ha sido difícil para los astrónomos.

 

Los astrónomos de radio en su lugar buscan las señales gravitacionales de estos binarios. En 2007, NANOGrav comenzó a observar un conjunto de los púlsares girando más rápido para tratar de detectar pequeños cambios causados por las ondas gravitacionales.

 

Los púlsares emiten haces de ondas de radio, algunas de las cuales barren en toda la Tierra una vez cada rotación. Los astrónomos detectan esto como un pulso acelerado de emisiones de radio. La mayoría de los púlsares giran varias veces por segundo. Pero algunos, los púlsares de milisegundo llamado, giraran cientos de veces más rápido.

 

"Los púlsares de milisegundo tienen tiempos de llegada muy predecible, y nuestros instrumentos son capaces de medirlas a una diez millonésima de segundo, dijo Maura McLaughlin, un astrónomo de radio en la Universidad de Virginia Occidental en Morgantown y miembro del equipo de NANOGrav. "Debido a eso, nosotros podemos utilizar para detectar cambios muy pequeños en la posición de la Tierra."

 

Pero los astrofísicos en el JPL y el Caltech dicen con precaución que detectar ondas gravitacionales débiles probablemente requeriría más de unos pocos púlsares. "Nos sentimos como una araña en el centro de una web," dijo Michele Vallisneri, otro miembro del grupo de investigación JPL/Caltech. "Las hebras que tenemos en nuestra web de púlsares, más probable son detectadas cuando una onda gravitacional pasa".

 

Vallisneri dijo lograr esta hazaña requiere la colaboración internacional. "NANOGrav está supervisando actualmente 54 púlsares, pero sólo podemos ver algunos de los del hemisferio sur. Debemos trabajar en estrecha colaboración con nuestros colegas en Europa y Australia con el fin de obtener la cobertura de todo el cielo que esta búsqueda requiere.

 

La viabilidad de este enfoque fue recientemente cuestionada cuando un grupo de investigadores australianos de pulsar informó que fueron incapaces de detectar esas señales al analizar un conjunto de púlsares con las más precisas mediciones de tiempo. Después de estudiar este resultado, el equipo de NANOGrav determinó que la no detección reportada no fue una sorpresa y resultó de la combinación de ondas gravitacionales de optimista modelos y análisis de los muy pocos púlsares. Su respuesta de una página fue lanzada recientemente por el servicio de impresión electrónica de arXiv.

 

A pesar de los desafíos técnicos, Taylor tiene confianza en que su equipo está en el camino correcto. "Las ondas gravitacionales son lavadas en tierra todo el tiempo," dijo Taylor. "Dado el número de los púlsares que se observa por NANOGrav y otros equipos internacionales, esperamos a tener pruebas claras y convincentes de las 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 sincronización de púlsares de radio adquiridas en telescopio de NRAO de Green Bank en Virginia Occidental y en el Radio Observatorio de Arecibo en Puerto Rico para buscar ondas en el tejido del espacio-tiempo. En 2015, NANOGrav recibió $ 14,5 millones por la National Science Foundation para crear y operar un centro de fronteras de la física.

"Con la reciente detección de ondas gravitacionales por LIGO, el excelente trabajo de la colaboración de NANOGrav es particularmente relevante y oportuna," dijo Pedro Marronetti, director del programa National Science Foundation para la investigación de ondas gravitacionales. "Este centro financiado por la NSF de frontera física está preparado para complementar las observaciones de la LIGO, ampliando la ventana de detección de ondas gravitacionales para frecuencias muy bajas."

 

Written by Elizabeth Ferrara of NANOGrav

Elizabeth Landau
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
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elizabeth.landau@jpl.nasa.gov

Elizabeth Ferrara
NANOGrav press officer
elizabeth.ferrara@nanograv.org
301-286-7057

Traducción: El Quelonio Volador