Un equipo internacional de astrónomos descubrió un débil señal de ondas gravitacionales que reverberan a través del universo. usando estrellas muertas como una red gigante de Detectores de ondas gravitacionalescooperación – llamado nanógrafo – fue capaz de medir un zumbido de baja frecuencia de un coro de ondas de espacio-tiempo.
I astrónomo que estudia y escribe sobre ello CosmologíaY agujeros negros Y planetas exteriores. Miré La evolución de los agujeros negros supermasivos utilizando el Telescopio Espacial Hubble.
Aunque los miembros del equipo detrás de este nuevo descubrimiento aún no están seguros, sospechan fuertemente que el zumbido de fondo de las ondas gravitacionales que midieron fue causado por la fusión de innumerables eventos antiguos de agujeros negros supermasivos.
El uso de estrellas muertas en cosmología.
ondas gravitacionales Son ondas en el espacio-tiempo causadas por objetos masivos que se aceleran. Su existencia fue predicha por Albert Einstein en su teoría general de la relatividad, donde postuló que cuando una onda gravitacional atraviesa el espacio, hace que el espacio se contraiga y luego se expanda periódicamente.
Los investigadores detectaron por primera vez evidencia directa de ondas gravitacionales en 2015, cuando el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser, conocido como LIGO, recogió una señal de Un par de agujeros negros fusionados Viajó 1.300 millones de años luz para llegar a la Tierra.
La colaboración NANOGrav también está tratando de detectar ondas en el espacio-tiempo, pero a escala interestelar. El equipo utilizó púlsares, que orbitan rápidamente estrellas muertas y emiten un haz de emisiones de radio. Un púlsar es funcionalmente similar a una baliza: cuando gira, sus rayos pueden barrer la Tierra en periodos regulares.
El equipo de NANOGrav utilizó estos púlsares Rotación increíblemente rápida – hasta 1.000 veces por segundo – y estos pulsos se pueden sincronizar como los latidos de un Un reloj cósmico muy preciso.. Cuando las ondas gravitacionales atraviesan un púlsar a la velocidad de la luz, las ondas se expandirán muy levemente y reducirán la distancia entre el púlsar y la Tierra, lo que dará como resultado un ligero cambio en el tiempo entre tics.
Los púlsares son relojes tan precisos que es posible medir sus tics con una precisión de 100 nanosegundos. Esto permite a los astrónomos calcular la distancia entre el púlsar y la Tierra hacia el interior. 100 pies (30 metros). Las ondas gravitacionales cambian la distancia entre estos púlsares y la Tierra en decenas de millas, lo que hace que los púlsares sean lo suficientemente sensibles como para detectar este efecto.
Encuentra el zumbido dentro de la cacofonía
Lo primero que tuvo que hacer el equipo de NANOGrav fue controlar el Ruido en un detector de ondas gravitacionales cósmicas. Esto incluía el ruido en los receptores de radio que utiliza y la astrofísica sutil que influye en el comportamiento de los púlsares. Incluso teniendo en cuenta estos efectos, el enfoque del equipo no fue lo suficientemente sensible para detectar ondas gravitacionales. Los binarios individuales de un agujero negro supermasivo. Sin embargo, tenía suficiente sensibilidad para detectar la suma de todas las fusiones masivas de agujeros negros que han ocurrido en cualquier parte del universo desde el Big Bang, hasta un millón de señales superpuestas.
En una analogía musical, es como estar en el centro de una ciudad llena de gente y escuchar el débil sonido de una sinfonía en algún lugar lejano. No puedes elegir un instrumento musical debido al ruido de los autos y las personas que te rodean, pero puedes escuchar el zumbido de cientos de instrumentos. El equipo tuvo que extraer la firma de este onda gravitacional de «fondo» de otras señales competidoras.
El equipo pudo descubrir esta sinfonía midiendo una cuadrícula de 67 púlsares diferentes durante un período de 15 años. Si parte de la perturbación en el púlsar de un púlsar fuera causada por ondas gravitacionales del universo distante, todos los púlsares que el equipo estaba observando se verían afectados de manera similar. El 28 de junio de 2023, el equipo publicó cuatro hojas Describe su proyecto y la evidencia que encontró para un fondo de ondas gravitacionales.
El rumor encontrado por la colaboración NANOGrav es causado por la fusión de agujeros negros miles de millones de veces más masivos que el Sol. Estos agujeros negros giran uno alrededor del otro muy lentamente y producen ondas gravitacionales con ellos. Las frecuencias son una milmillonésima parte de un hercio. Esto significa que las ondas del espacio-tiempo tienen una oscilación cada pocas décadas. Esta oscilación de onda lenta es la razón por la cual el equipo necesitaba confiar en la sincronización increíblemente precisa de los púlsares.
Estas ondas gravitacionales son diferentes de las ondas que LIGO puede detectar. Las señales LIGO se producen cuando hay dos agujeros negros presentes De 10 a 100 veces la masa del Sol Se fusionan en un cuerpo que gira rápidamente, creando ondas gravitacionales que oscilan cientos de veces por segundo.
Si piensa en los agujeros negros como un diapasón, cuanto más pequeño sea el evento, más rápido vibrará el diapasón y más fuerte será el sonido. LIGO detecta ondas gravitacionales que «suenan» en el rango audible. El equipo de NANOGrav encontró un «bucle» de fusiones de agujeros negros a una frecuencia extremadamente baja miles de millones de veces.
Agujeros negros gigantes en el universo primitivo
Los astrónomos han estado interesados durante mucho tiempo en estudiar cómo aparecieron las estrellas y las galaxias después del Big Bang. Este nuevo descubrimiento del equipo de NANOGrav es como agregar otro color, las ondas gravitacionales, a una imagen del universo primitivo que recién comienza a desarrollarse, gracias en gran parte al telescopio espacial James Webb.
Objetivo científico principal de Telescopio espacial James Webb Es para ayudar a los investigadores a estudiar cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias después del Big Bang. Para hacer esto, James Webb fue diseñado para detectar la tenue luz de estrellas y galaxias increíblemente distantes. Cuanto más lejos está un objeto, más tarda la luz en llegar a la Tierra, por lo que James Webb es una máquina del tiempo eficiente que puede retroceder más de 13.500 millones de años para ver la luz de Las primeras estrellas y galaxias. En el universo.
Tuvo mucho éxito en la búsqueda, habiendo encontrado Cientos de galaxias que inundó el universo de luz en los primeros 700 millones de años después del Big Bang. Descubre también el telescopio El agujero negro más antiguo En el universo, se encuentra en el centro de una galaxia que se formó solo 500 millones de años después del Big Bang.
Estos hallazgos desafían las teorías existentes sobre la evolución del universo.
Toma mucho tiempo Una enorme galaxia está creciendo.. Los astrónomos saben que los agujeros negros supermasivos se encuentran en el centro de cada galaxia y tienen una masa proporcional a sus galaxias anfitrionas. Así que estas antiguas galaxias casi con certeza tienen El agujero negro supermasivo correspondiente en sus centros.
El problema es que los objetos descubiertos por James Webb son mucho más grandes de lo que la teoría actual dice que deberían ser.
Estos nuevos resultados del equipo NANOGrav surgieron de la primera oportunidad que tuvieron los astrónomos de escuchar las ondas gravitacionales del universo antiguo. Los resultados, aunque desconcertantes, No lo suficientemente fuerte como para reclamar un descubrimiento definitivo. Sin embargo, es probable que eso cambie a medida que el equipo amplíe la red de púlsares. para incluir 115 púlsares Y debería obtener resultados de la próxima encuesta alrededor de 2025. Como James Webb y otras investigaciones desafían las teorías existentes sobre cómo evolucionan las galaxias, poder estudiar la era posterior al Big Bang con ondas gravitacionales podría ser una herramienta invaluable.
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