¿Está el universo lleno de arrugas en el espacio-tiempo?

Las ondas gravitacionales fueron teorizadas por primera vez por Albert Einstein en 1916, pero no se detectaron directamente hasta casi un siglo después. Einstein demostró que en vez de ser un telón de fondo rígido para el universo, el espacio es un tejido flexible que se deforma y se curva por la acción gravitatoria de objetos masivos y está inextricablemente ligado al tiempo. En 2015, una colaboración entre el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO), emplazado en Estados Unidos, y el interferómetro Virgo, en Europa, anunció la primera detección directa de ondas gravitacionales: Estas emanaron de dos agujeros negros, cada uno con una masa unas 30 veces mayor que la del Sol, cuando, tras un tiempo girando uno alrededor del otro a una distancia cada vez menor, acabaron por colisionar uno con otro y fusionarse en uno solo.

En un nuevo estudio, publicado en el número de enero de 2021 de la revista académica Astrophysical Journal Supplements, científicos del proyecto NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) detallan su detección de fluctuaciones en la sincronización entre las señales emitidas por 45 púlsares esparcidos por el firmamento. Se hicieron mediciones periódicas de esas señales durante 12 años y medio. Por lo que se sabe, las fluctuaciones detectadas solo podrían explicarse por la acción de ondas gravitacionales generando arrugas en el espacio-tiempo.

Esto plantea la fascinante posibilidad de que el universo esté lleno de tales arrugas en el espacio-tiempo. Este “mar” de arrugas u ondulaciones podría quizá ser detectado pronto, pese a que sus efectos deben ser muy sutiles.

Los púlsares son estrellas de neutrones que emiten señales características. Las estrellas de neutrones son núcleos ultradensos de estrellas que han expulsado al espacio el resto de su materia en una explosión de supernova. Vistos desde la Tierra, los púlsares parecen parpadear. En realidad, las emisiones de todo púlsar provienen de dos haces estables que emanan de lados opuestos del astro. Dado que gira sobre sí mismo a una velocidad enorme, los haces se mueven y el resultado se asemeja a los focos de luz de un faro marítimo. Si las ondas gravitacionales pasan entre un púlsar y la Tierra, el sutil estiramiento y apretón del espacio-tiempo parecería introducir una pequeña desviación en el ritmo, por lo demás regular, del púlsar. Pero este efecto es sutil, y se sabe que más de una docena de otros factores también influyen en la sincronización del púlsar. Una gran parte del trabajo realizado por NANOGrav es filtrar esos factores de los datos de tiempo de cada púlsar antes de buscar vestigios de ondas gravitacionales.

Esta ilustración muestra a NANOGrav observando púlsares en un esfuerzo por detectar lo que se podría definir como un fondo cósmico de ondas gravitacionales, definibles aquí como arrugas u ondulaciones en el tejido del espacio. (Imagen: NANOGrav / T. Klein)

El LIGO y el Virgo detectan ondas gravitacionales puntuales de pares individuales de agujeros negros (o de estrellas de neutrones). Por el contrario, NANOGrav está buscando un fondo constante de ondas gravitacionales, o la combinación “ruidosa” de infinidad de ondas gravitacionales creadas durante miles de millones de años en el universo por incontables pares de agujeros negros supermasivos cuyos miembros se orbitan entre sí. Estos objetos producen ondas gravitacionales con longitudes de onda mucho mayores que las detectadas por el LIGO y el Virgo, tan largas que podría tomar años para que una sola onda pasase por un detector estacionario. Así que mientras el LIGO y Virgo son capaces de detectar miles de ondas por segundo, la búsqueda de NANOGrav requiere años de datos.

"Tratar de detectar las ondas gravitacionales en desviaciones de ritmo de un púlsar requiere paciencia", enfatiza Scott Ransom, del Observatorio Nacional estadounidense de Radioastronomía y actual presidente de NANOGrav. "Ahora estamos analizando más de una docena de años de datos, pero una detección definitiva probablemente tome un par más". (Fuente: NCYT de Amazings)