Descubren señales de ondas gravitacionales "monstruosas"

El 14 de septiembre de 2015, a las 5.51 de la madrugada en los Estados Unidos, dos detectores gemelos ubicados a 3000 kilómetros de distancia escucharon, con siete milisegundos de diferencia, señales de ondas en el espacio-tiempo originadas hace 1300 millones de años en una región lejana del cosmos en la que dos agujeros negros se fusionaban en un abrazo salvaje.

El anuncio de esta primicia estuvo en manos de la física graduada en la Universidad Nacional de Córdoba Gabriela González, que en ese momento lideraba el experimento LIGO, un consorcio integrado por 1000 científicos de 15 países, entre ellos, muchos argentinos. "Esta detección es el comienzo de otra era: la astronomía de ondas gravitacionales", que perseguía estas señales particularmente elusivas desde hacía décadas.

Hoy, cuatro diferentes equipos internacionales dieron a conocer otra noticia igualmente notable: usando una técnica diferente, que consiste en registrar los cambios en las distancias entre la Tierra y ciertas estrellas llamadas púlsares, que son algo así como faros estelares de nuestro vecindario cósmico, pudieron medir cómo el espacio es ondulado y modificado por el pasaje de estas ondas.  Pero mientras la fuente de la detección original era el abrazo bestial entre dos agujeros negros del tamaño de estrellas, este nuevo hallazgo combina señales de varios pares de esos monstruos cósmicos que se tragan todo lo que atraviesa su frontera, incluso la luz, millones o miles de millones de veces el tamaño de nuestro Sol, orbitando uno en torno del otro en el corazón de galaxias distantes, escribe Davide Castelvecchi en la revista Nature. “Estas ondas son miles de veces más fuertes y largas que las descubiertas en 2015, con longitudes de onda de decenas de años luz –agrega–. Por contraste, las de 2015 son de solo decenas o centenas de kilómetros”. 

“Son excelentes noticias –contesta, eufórica, González desde los Estados Unidos–. La verdad es que se esperaba que estas colaboraciones detectaran ondas gravitacionales de agujeros negros súper masivos, ya había indicios en resultados anteriores y estas observaciones los confirman. Como no son eventos individuales, sino muchos mezclados (ruido cósmico), mientras más datos tengan, más sólidas son las observaciones. Lo buenísimo es que varias colaboraciones tienen resultados similares, así que la combinación de datos que planean le dará todavía más sustento”. Y agrega una nota de misterio: “Como siempre, hay nuevas preguntas, el espectro que se observa no es exactamente lo que se predecía, así que las simulaciones de galaxias masivas necesitan más detalles, o la fuente es todavía más exótica que agujeros negros en centros de galaxias…”

Predichas por Einstein en su teoría de la relatividad general hace poco más de cien años y generadas por cataclismos cósmicos, las ondas gravitacionales estiran y comprimen el espacio y el tiempo a medida que se propagan por el universo. “Se podría decir que la Tierra se está ‘bamboleando’ debido a las ondas gravitacionales que se desplazan por nuestra galaxia –dijo Scott Ransom, astrofísico del Observatorio Nacional de Radioastronomía de los Estados Unidos e investigador de  NANOGrav, una de las cuatro colaboraciones que anunciaron hoy sus resultados–. Todavía no podemos hablar de detección, pero creemos que tenemos evidencia sólida".  

“Me gusta pensar [las señales] como una especie de coro o de orquesta – explicó Xavier Siemens, físico de la Universidad Estatal de Oregon State y también parte de la colaboración NANOGrav, que lideró el proyecto, a The New York Times–. Cada par de agujeros negros superlativos está generando una nota diferente y lo que recibimos es la suma de todas esas señales”.

Para el físico graduado en la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA y que actualmente trabaja en la Universidad de Nueva York, “Lo anunciado hoy por la colaboración NANOGrav (acrónimo de The North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) es un avance mayor en astrofísica”.

NANOGrav forma parte de un consorcio aún más grande, llamado International Pulsar Timing Array, que se dedica al monitoreo meticuloso y preciso de 80 púlsares distribuidos en el cielo. “Los púlsares son estrellas de neutrones que rotan vertiginosamente mientras emiten radiación como si fueran faros cósmicos con un período temporal muy preciso (del orden de los milisegundos) –explica el astrofísico especializado precisamente en agujeros negros–. Los científicos del consorcio monitorean esos períodos para medir ligeras variaciones. A lo largo de 15 años de observación, detectaron cambios sutiles de esos períodos en escalas de años y lo atribuyen a la distorsión del espacio-tiempo mismo. Es decir, los púlsares funcionan como relojes distribuidos en una mesa de laboratorio en escalas galáctica, y las variaciones del espacio-tiempo podrían verse como deformaciones casi imperceptibles de esa mesa de laboratorio, que aleja y aletarga los relojes con un ritmo modulante del orden de años. Un análisis cuidadoso permite reconstruir las características de esas deformaciones en el espacio-tiempo y lleva a concluir que se debe al "murmullo cósmico" producido por pares de agujeros negros supermasivos: astros de varios millones de masas solares orbitando unos en torno de otros distribuidos en todo el universo. Sabemos gracias a la teoría general de la relatividad que la gravedad debe ser pensada como la curvatura del espacio-tiempo mismo; el espacio-tiempo, según Einstein, es un ente dinámico que se curva, se expande, se ondula. Así, cuando un agujero negro supermasivo orbita en torno de otro, produce una deformación en el espacio-tiempo que se propaga a la velocidad de la luz sobre éste. Esto es lo que se denomina 'onda gravitacional'. En 2015 la colaboración LIGO detectó por primera vez las ondas gravitacionales, pero en ese caso las ondas producidas se debieron a la colisión de agujeros negros de masas comparables a las de las estrellas. La observación reportada hoy por NANOGrav es de una naturaleza diferente: la lenta variación de las perturbaciones delatada por el cambio de períodos en los púlsares permite concluir que estas ondas gravitacionales son generadas por la danza de astros supermasivos, y esto es algo que jamás habíamos observado. Se trata de un experimento en escalas galácticas, simbólica y literalmente”.

Las colaboraciones que analizaron décadas de  mediciones y están reportando resultados similares son NANOGrav; el European Pulsar Timing Array, el Parkes Pulsar Timing Array de Australia y el Chinese Pulsar Timing Array. Este último comenzó a generar datos hace solo un lustro cuando empezó a operar su observatorio FAST, de excepcional sensibilidad.

Aunque los científicos aclaran que advirtieron la "huella digital" de las ondas gravitacionales, pero todavía no poseen certeza estadística, de aquí en más van a reunir todos los datos para confrontarlos y verificarlos. “Si esto se confirma, tendremos 20 años de trabajo por delante, necesitaremos un ejército de astrofísicos para estudiarlas", dijo a Nature Mónica Colpi, que estudia ondas gravitacionales y agujeros negros en la Universidad de Milán.

“Hoy es un día emocionante –confesó a Science Media Centre España Alicia Sintes, catedrática de Física Teórica de la Universitat de les Illes Balears y miembro del grupo Relatividad y Gravitación, que forma parte de los consorcios LIGO, GEO y de los proyectos e-LISA y Einstein Telescope–. Está claro que la astronomía gravitacional llegó para quedarse y que con ella vamos a revolucionar los conceptos actuales del universo. (…) En la historia de la astronomía cada vez que se ha abierto una nueva ventana en el espectro electromagnético hubo grandes descubrimientos”.