Las ondas gravitacionales son ondulaciones del espacio-tiempo que se propagan por el mismo a la velocidad de la luz. Estas ondas fueron predichas por la teoría de la relatividad general y hay evidencia indirecta que respalda su existencia. El uso de una red global de detectores para su detección directa es todavía un gran desafío. Las estrellas de neutrones en rotación representan una clase prometedora de fuente de ondas gravitacionales. Estos cuerpos ultra-densos nacen durante supernovas – el colapso gravitatorio y explosión de estrellas convencionales.
Los astrónomos descubrieron las estrellas de neutrones por primera vez como púlsares a finales de la década de 1960 mediante el uso de radiotelescopios. Un púlsar emite un haz constante de ondas de radio. Debido a que el púlsar gira, el haz de radio describe un círculo en el cielo y genera pulsos regulares en los radiotelescopios terrestres que están en la trayectoria del haz. Hasta la fecha, los astrónomos han identificado más de 2000 púlsares. Los modelos de evolución estelar y de síntesis de poblaciones indican que nuestra galaxia podría contener más de cien millones de estrellas de neutrones. Con masas aproximadamente iguales a la de nuestro Sol y radios de unos 10 km, sus densidades se acercan a mil millones de toneladas por cucharada. El menor desequilibrio en la distribución de masa de un púlsar podría causar pérdidas de energía en la estrella por emisión de ondas gravitacionales continuas mientras gira. La frecuencia de la señal de ondas gravitacionales disminuiría con la pérdida de energía; la tasa de cambio en frecuencia o espín se denomina en inglés spin-down. Algunos púlsares pueden tener una deformación de masa lo suficientemente grande (una protuberancia lo suficientemente voluminosa en su superficie) para que se produzcan ondas gravitacionales detectables por los interferómetros LIGO y Virgo. Tal señal podría proporcionar información acerca de la estructura del púlsar, por ejemplo clarificando la causa de la deformación. ¿Existen púlsares al alcance de los detectores de ondas gravitacionales terrestres? Para contestar a esta pregunta, los científicos han usado recientemente datos de Virgo para realizar una búsqueda de púlsares en todo el cielo en la que se abarcan todas las posiciones en el cielo y se incluyen frecuencias de rotación y valores de spin-down astrofísicamente interesantes.
¡Los requisitos de computación son enormes para una búsqueda de todo el cielo! Para simplificar el análisis, el equipo dividió el conjunto de datos en bandas de frecuencia de 1Hz y segmentos de dos días. Cada segmento produjo un conjunto de señales candidatas. Del análisis del conjunto completo de datos surgieron treinta y dos mil millones de señales candidatas. Para encontrar señales de ondas gravitacionales reales entre los candidatos, el equipo comparó la frecuencia, la posición en el cielo y el spin-down de un señal candidata con los valores de estos parámetros para candidatos en otros segmentos de dos días, ya que una señal real debería continuar de un segmento a otro. El equipo no encontró ninguna coincidencia estadísticamente significativa entre los candidatos. Por consiguiente, la búsqueda no reveló ninguna señal de ondas gravitacionales. Esto no resulta inesperado dada nuestra comprensión de los mecanismos de radiación gravitatoria de los púlsares y la sensibilidad de los detectores de hoy en día. El esfuerzo, sin embargo, determinó la sensibilidad de la búsqueda, es decir, la amplitud de la señal de onda gravitacional que podría detectarse con confianza. La figura inferior de la derecha muestra las amplitudes de señal que se detectarían en cada banda de 1 Hz. Para la mayor parte de la banda completa, se habrían detectado el 90% de las señales con una amplitud de 5·10-24.
Las mejoras en los métodos de análisis de datos y el aumento de la potencia de computación multiplicarán las posibilidades de hacer detecciones con estos instrumentos avanzados. Las detecciones directas de ondas gravitacionales supondrán un método importante para probar la relatividad general y ofrecerá una nueva sonda astrofísica de la estructura y la evolución del Universo.
Las ondas gravitacionales revelarán pronto la velocidad del Universo
Un nuevo número preciso para la constante de Hubble sería fascinante sin importar la respuesta. Por ejemplo, una posible razón para el desajuste en los otros dos métodos para calcular la supuesta velocidad de la expansión del Universo es que la naturaleza de la gravedad en sí misma podría haber cambiado con el tiempo. La lectura también podría dirigirnos a entender la energía oscura, una fuerza desconocida “responsable de la expansión del universo”.
Hay quién opina que nos movemos dentro de un cono o embudo, y que todo lo que se encuentra dentro del cono del Universo gira de forma espiral, es posible que por eso los resultados calculados difieran según el momento de la posición dentro del embudo del Universo.
Interferómetros
Se trata de aparatos ópticos o radioastronómicos que, con diversos métodos, aprovechan el fenómeno de Interferencia de las radiaciones electromagnéticas para diferentes tipos de medidas astronómicas. El interferómetro es un instrumento que emplea la interferencia de las ondas de luz para medir con gran precisión longitudes de onda de la luz misma.
Hay muchos tipos de interferómetros, en todos ellos se utilizan dos haces de luz que recorren dos trayectorias ópticas distintas, determinadas por un sistema de espejos y placas que, finalmente, convergen para formar un patrón de interferencia.
