La revolución en nuestra comprensión del cielo nocturno y nuestro lugar en el universo comenzó cuando pasamos de usar el ojo desnudo a un telescopio en 1609. Cuatro siglos más tarde, los científicos están experimentando una transición similar en su conocimiento de los agujeros negros al buscar gravitacional olas.
En la búsqueda de agujeros negros previamente no detectados que son miles de millones de veces más masivos que el sol, Stephen Taylor, profesor asistente de física y astronomía y ex astrónomo en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA junto con el Observatorio Nanohertz de Ondas Gravitacionales de América del Norte ( La colaboración de NANOGrav) ha impulsado el campo de investigación al encontrar la ubicación precisa, el centro de gravedad de nuestro sistema solar, con el que medir las ondas gravitacionales que señalan la existencia de estos agujeros negros.
El potencial presentado por este avance, en coautoría de Taylor, se publicó en la revista Astrophysical Journal en abril de 2020.
Los agujeros negros son regiones de pura gravedad formadas por el espacio-tiempo extremadamente deformado. Encontrar los agujeros negros más titánicos en el Universo que acechan en el corazón de las galaxias nos ayudará a comprender cómo esas galaxias (incluida la nuestra) han crecido y evolucionado durante miles de millones de años desde su formación. Estos agujeros negros también son laboratorios inigualables para probar supuestos fundamentales sobre física.
Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo predichas por la teoría general de la relatividad de Einstein. Cuando los agujeros negros orbitan entre sí en pares, irradian ondas gravitacionales que deforman el espacio-tiempo, estirando y exprimiendo el espacio. Las ondas gravitacionales fueron detectadas por primera vez por el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) en 2015, abriendo nuevas vistas de los objetos más extremos del universo. Mientras que LIGO observa ondas gravitacionales relativamente cortas al buscar cambios en la forma de un detector de 4 km de largo, NANOGrav, un Centro de Fronteras Físicas de la National Science Foundation (NSF), busca cambios en la forma de toda nuestra galaxia.
Taylor y su equipo están buscando cambios en la tasa de llegada de destellos regulares de ondas de radio de los púlsares. Estos púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente, algunas van tan rápido como una licuadora de cocina. También envían haces de ondas de radio, que aparecen como faros interestelares cuando estos haces se extienden sobre la Tierra. Más de 15 años de datos han demostrado que estos púlsares son extremadamente confiables en sus frecuencias de llegada de pulso, actuando como relojes galácticos sobresalientes. Cualquier desviación de tiempo correlacionada en muchos de estos púlsares podría indicar la influencia de las ondas gravitacionales que deforman nuestra galaxia.

"Usando los púlsares que observamos a través de la galaxia de la Vía Láctea, estamos tratando de ser como una araña sentada en silencio en medio de su red", explica Taylor. "Cuán bien entendemos que el baricentro del sistema solar es crítico cuando tratamos de sentir incluso el cosquilleo más pequeño en la red". El baricentro del sistema solar, su centro de gravedad, es el lugar donde las masas de todos los planetas, lunas y asteroides se equilibran.
¿Dónde está el centro de nuestra web, la ubicación de la quietud absoluta en nuestro sistema solar? No en el centro del sol como muchos podrían suponer, sino que está más cerca de la superficie de la estrella. Esto se debe a la masa de Júpiter y a nuestro conocimiento imperfecto de su órbita. Júpiter tarda 12 años en orbitar el sol, apenas menos de los 15 años que NANOGrav ha estado recopilando datos. La sonda Galileo de JPL (llamada así por el famoso científico que usó un telescopio para observar las lunas de Júpiter) estudió a Júpiter entre 1995 y 2003, pero experimentó enfermedades técnicas que afectaron la calidad de las mediciones tomadas durante la misión.
La identificación del centro de gravedad del sistema solar se ha calculado durante mucho tiempo con datos del seguimiento Doppler para obtener una estimación de la ubicación y las trayectorias de los cuerpos en órbita alrededor del sol. "El problema es que los errores en las masas y las órbitas se traducirán en artefactos de sincronización del púlsar que bien pueden parecer ondas gravitacionales", explica el astrónomo y coautor del JPL Joe Simon.
Taylor y sus colaboradores descubrieron que trabajar con los modelos existentes del sistema solar para analizar los datos de NANOGrav dio resultados inconsistentes. "No estábamos detectando nada significativo en nuestras búsquedas de ondas gravitacionales entre los modelos del sistema solar, pero estábamos obteniendo grandes diferencias sistemáticas en nuestros cálculos", señala el astrónomo JPL y el autor principal del artículo, Michele Vallisneri. "Típicamente, más datos entregan un resultado más preciso, pero siempre hubo un desplazamiento en nuestros cálculos".
El grupo decidió buscar el centro de gravedad del sistema solar al mismo tiempo que buscaba ondas gravitacionales. Los investigadores obtuvieron respuestas más sólidas para encontrar ondas gravitacionales y pudieron localizar con mayor precisión el centro de gravedad del sistema solar a menos de 100 metros. Para comprender esa escala, si el sol fuera del tamaño de un campo de fútbol, ​​100 metros serían el diámetro de un mechón de cabello. "Nuestra observación precisa de los púlsares dispersos por la galaxia nos ha localizado en el cosmos mejor que nunca antes", dijo Taylor. "Al encontrar ondas gravitacionales de esta manera, además de otros experimentos, obtenemos una visión más holística de todos los diferentes tipos de agujeros negros en el Universo".
A medida que NANOGrav continúa recolectando datos de temporización de púlsar cada vez más abundantes y precisos, los astrónomos confían en que los agujeros negros masivos aparecerán pronto e inequívocamente en los datos.
Taylor fue parcialmente apoyado por una cita para el Programa Postdoctoral de la NASA en JPL. El proyecto NANOGrav recibe el apoyo del premio NSF Physics Frontier Center # 1430284 y este trabajo fue apoyado en parte por NSF Grant PHYS-1066293 y por la hospitalidad del Aspen Center for Physics. Los datos para este proyecto se recopilaron utilizando las instalaciones del Observatorio del Banco Verde y el Observatorio de Arecibo.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Universidad Vanderbilt. Original escrito por Marissa Shapiro. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.

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