Hay sonido en el espacio, gracias a las ondas gravitatorias

Comenzó con una gran estallido
El Universo está ahí, esperando a que los descubras

Desde hace mucho tiempose ha dicho que no hay sonidos en el espacio, y eso es cierto, hasta cierto punto. El sonido convencional requiere de un medio para viajar a través de él, y se crea cuando las partículas comprimen-y-estiran, haciendo cualquier cosa que suene como una "explosión ruidosa" forme un solo pulso a un tono constante con patrones que se repiten. En el espacio, en donde hay tan pocas partículas que cualquier señal de este tipo desaparece, incluso las llamaradas solares, las supernovas, las fusiones de agujeros negros y otras catástrofes cósmicas se silencian antes de que se escuchen. Pero hay otro tipo de compresión y rarefacción que no requiere nada más que la propia estructura del espacio para viajar: las ondas gravitatorias. Gracias a los primeros resultados positivos de detección de LIGO, estamos escuchando el Universo por primera vez.


Dos agujeros negros que se combinan. El inspiral resulta en que los agujeros negros se unen, mientras que las ondas gravitatorias llevan el exceso de energía lejos. El espacio-tiempo de fondo se distorsiona como resultado. Crédito de la imagen: SXS, the Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) project (http://www.black-holes.org)

Las ondas gravitacionales eran algo que necesitaba existir para que nuestra teoría de la gravedad fuera consistente, de acuerdo con la Relatividad General. A diferencia de la gravedad de Newton, donde dos masas que orbitan entre sí permanecerían en esa configuración para siempre, la teoría de Einstein predijo que durante un tiempo suficientemente largo, las órbitas gravitacionales se descompondrían. Para algo como la Tierra en órbita alrededor del Sol, nunca vivirías para experimentarlo: llevaría 10 ^ 150 años (un 1 seguido de 150 ceros!) para que la Tierra se precipite en una espiral hacia el Sol. Pero para sistemas más extremos, como dos estrellas de neutrones que orbitan entre sí, podríamos ver las órbitas en decadencia con el tiempo. Con el fin de conservar la energía, la teoría de Einstein de la gravedad predijo que la energía debe ser perdida en forma de las ondas gravitacionales.


Cuando dos estrellas de neutrones se orbitan entre sí, la teoría de Einstein de la Relatividad General predice la desintegración orbital y la emisión de radiación gravitatoria. Esta se ha estado observado muy precisamente durante muchos años, como lo demuestran cómo los puntos y la línea de la gráfica (predicción GR) las cuales coinciden muy bien. Crédito de la imagen: NASA (L), Instituto Max Planck de Radioastronomía / Michael Kramer

Estas ondas son maddeningly débiles, y sus efectos en los objetos en el espacio-tiempo son estupendamente diminutos. Pero si saben escucharlos, al igual que los componentes de una radio saben escuchar esas ondas de luz de larga frecuencia, pueden detectar estas señales y escucharlas como si oyeran cualquier otro sonido. Con una amplitud y una frecuencia, no son diferentes de cualquier otra onda. La Relatividad General hace predicciones explícitas de cómo deberían sonar estas ondas, siendo las más grandes las señales generadoras de ondas las más fáciles de detectar. ¿La amplitud más grande suena todo? Es el "chirrido" inspiral y de la fusión de dos agujeros negros que espiral en uno otro.





En septiembre de 2015, pocos días después de que el LIGO avanzado empezara a recopilar datos por primera vez, se detectó una señal grande e inusual. Sorprendía a todos, porque habría llevado tanta energía en tan sólo una breve explosión de 200 milisegundos, que habría superado todas las estrellas del Universo observable combinado. Sin embargo, esa señal resultó ser robusta, y la energía de ese estallido provenía de dos agujeros negros -de 36 y 29 masas solares- que se fusionaron en una sola masa solar de 62 pulgadas. ¿Aquellos que faltan tres masas solares? Se convirtieron en energía pura: ondas gravitacionales ondulando a través de la estructura del espacio. Ese fue el primer evento que LIGO detectó.


La señal de LIGO de la primera detección robusta de ondas gravitatorias. La forma de onda no es sólo una visualización; Es representativo de lo que realmente escucharías si escuchaste correctamente. Crédito de la imagen: Observación de las ondas gravitacionales de una fusión binaria de agujeros negros B. P. Abbott y col., (LIGO Scientific Collaboration y Virgo Collaboration), Physical Review Letters 116, 061102 (2016)

Ahora es más de un año después, y LIGO está actualmente en su segunda carrera. No sólo se han detectado otras fusiones de agujeros negros-agujeros negros, sino que el futuro de la astronomía de ondas gravitacionales es brillante, ya que los nuevos detectores nos abrirán los oídos a nuevos tipos de sonidos. Los interferómetros espaciales, como LISA, tendrán líneas de base más largas y escucharán sonidos de menor frecuencia: sonidos como fusiones de estrellas de neutrones, festines de agujeros negros supermasivos y fusiones con masas muy desiguales. Las matrices de sincronización de pulsos pueden medir incluso frecuencias más bajas, como órbitas que tardan años en completarse, como el par de agujeros negros supermasivos: DO 287. Y combinaciones de nuevas técnicas buscarán las ondas gravitatorias más antiguas de todas, las ondas reliquias predichas por la inflación cósmica , Todo el camino de regreso al principio de nuestro Universo.


Las ondas gravitacionales generadas por la inflación cósmica son la señal más lejana en el tiempo que la humanidad puede concebir para detectar potencialmente. Colaboraciones como BICEP2 y NANOgrav pueden indirectamente hacer esto en las próximas décadas. Crédito de la imagen: National Science Foundation (NASA, JPL, Keck Foundation, Moore Foundation, related) — Funded BICEP2 Program; modifications by E. Siegel

Hay mucho que escuchar, y sólo hemos empezado a escuchar por primera vez. Afortunadamente, la astrofísica Janna Levin, autora del libro fantástico Black Hole Blues y otras canciones del espacio exterior, está preparada para dar la conferencia pública en el Perimeter Institute esta noche, el 3 de mayo, a las 7 PM Eastern / 4 PM Pacific, y será Live-streamed aquí y live-blogged por mí en tiempo real! Únase a nosotros entonces para aún más sobre este tema increíble, y no puedo esperar para escuchar su charla.

Invitación





El blog en vivo comenzará unos minutos antes de las 4:00 pm Pacífico; Únase a nosotros aquí y acompáñenos!