Un extraño “zumbido” que abre una ventana para estudiar el universo

Pocas noticias suelen emocionar tanto a quienes se dedican a entender el universo como la que revelaron hace unas horas. Aunque varios investigadores sospechaban que algo importante iba a suceder tras una campaña de expectativa que se empezó a cocinar días atrás, se sorprendieron con el anuncio. “Es hermoso. Se ha abierto una nueva era en la observación del universo”, le dijo al portal Quanta Magazine, Chiara Caprini, física teórica de la Universidad de Ginebra (Suiza). “Es como cuando Galileo Gailei enfocó por primera vez su telescopio hacia el cielo”, añadió Patrick Brady, astrofísico de la Universidad de Wisconsin (EE.UU.).

Pocas noticias suelen emocionar tanto a quienes se dedican a entender el universo como la que revelaron hace unas horas. Aunque varios investigadores sospechaban que algo importante iba a suceder tras una campaña de expectativa que se empezó a cocinar días atrás, se sorprendieron con el anuncio. “Es hermoso. Se ha abierto una nueva era en la observación del universo”, le dijo al portal Quanta Magazine, Chiara Caprini, física teórica de la Universidad de Ginebra (Suiza). “Es como cuando Galileo Gailei enfocó por primera vez su telescopio hacia el cielo”, añadió Patrick Brady, astrofísico de la Universidad de Wisconsin (EE.UU.).

Con la publicación simultánea cuatro estudios en la revista The Astrophysical Journal Letters y otros más en el portal arXiv.or (aún no han sido revisados por pares), un equipo internacional de científicos reveló la detección de unas señales en el universo que, abren, a los ojos de muchos de ellos, una nueva ventana para estudiar el cosmos.

Se trata de unas “enormes” ondas gravitacionales (ya nos detendremos en ellas), que parecen provenir de agujeros negros supermasivos que giran uno, alrededor del otro, es decir, unos cuerpos gigantes que tienen una masa miles de millones de veces más grande que la del Sol y están en otras galaxias orbitando entre sí. (Lea Los pulpos cambian de color mientras duermen: están soñando)

Este grupo de investigadores, que lleva unos 15 años recopilando y analizando datos, comprobó, además, que esas señales vienen de todas partes del universo y, por tanto, constituyen una huella clave para estudiar el pasado. Un “fondo de ondas gravitacionales” es como lo llaman en el argot técnico. Algunos, incluso, lo comparan con un descubrimiento que transformó el conocimiento de los físicos sobre el universo: la radiación de “fondo de microondas”, medida por primera vez en 1965 por Arno Penzias y Robert Wilson, dos ingenieros de Bell Labs, y que constituye la imagen de la luz más antigua en el universo.

“Es como si usted, de repente, empezara a vivir en un barrio nuevo donde hay un montón de ruido, pero no sabía de dónde provenía. Ahora parece que lo sabemos”, dice Germán Chaparro, PhD en astrofísica y profesor de Astronomía de la Universidad de Antioquia.

Juan Diego Soler, PhD en astrofísica e investigador del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia, tiene otra analogía que ayuda entender el anuncio: “Imagine que usted abre la ventana de su casa y oye un zumbido, pero no sabe cuál es su origen. Pues, ahora, lo más probable es que ese ‘ruido’ provenga de las ondas gravitacionales”.

“Ondas gravitacionales” no es un término extraño para quienes han seguido de cerca las noticias de física de los últimos años. En 2015, quienes estaban detrás del observatorio LIGO (Laser Interferometry Gravitational-waves Observatory) las habían detectado por primera vez, causando un verdadero sobresalto en el mundo de la ciencia.

Albert Einstein las había predicho en su popular Teoría General de la Relatividad a principios del siglo XX y en 1973 los astrofísicos Russell Alan Hulse y Joseph Hooton Taylor habían conseguido una evidencia (ganaron el Nobel en 1993), pero el desafío de encontrarlas siguió intacto. Solo un siglo después habían comprobado su existencia de forma experimental con LIGO, lo que le significó un Nobel a Rainer Weiss, Barry C. Barish y Kip S.Thorne.

Pero si hace 8 años, ese equipo había notado ondas gravitacionales producto de una colisión entre dos agujeros negros que sucedió hace 1300 millones de años, las ondas que acabaron de encontrar son miles de veces más fuertes y largas. Mientras que las del 2015 tenían unas longitudes de onda de decenas de kilómetros de largo, las de ahora pueden tener hasta decenas de años luz.

“Es un descubrimiento de algo que se había predicho y un primer gran paso en un nuevo campo de investigación al que no habíamos tenido acceso”, señala Chaparro.

“Podríamos comprenderlo como una nueva ventana para mirar al universo, que requirió de una tecnología muy sofisticada y de análisis de datos muy precisos que permitieran comprobar que se trataba, realmente, de ondas gravitacionales”, añade Héctor Rago, PhD en Astrofísica y profesor de la Universidad Industrial de Santander.

El esfuerzo por medir una anomalía muy pequeña

Para probar la existencia de esas señales, el consorcio de científicos que conforma NANOGrav (el Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionales) utilizó los radiotelescopios Very Large Array, en Nuevo México; el Green Bank Telescope en West Virginia, y el Observatorio de Arecibo; en Puerto Rico, que colapsó hace tres años.

Tras tener las primeras pruebas, prefirió acercarse a sus colegas del International Pulsar Timing Array, que incluye colaboraciones con sede en India, Europa, China y Australia, para confirmar sus sospechas. Ahora, cada una de ellas publicó sus resultados de forma independiente. Todas respaldan la existencia del “fondo de ondas gravitacionales”.

¿Qué camino siguieron para encontrarlas? Los investigadores midieron los cambios de los “púlsares”, que no son otra cosa que núcleos de estrellas muertas que giran muy, muy rápido. Desde que Jocelyn Bell los descubrió en la década de 1960, estos objetos celestes que emiten “pulsos” de forma regular con una precisión sorprendente (incluso, miles de veces por segundo), se han convertido en una especie de reloj en el universo.

Esa regularidad condujo a que en los años 80 los astrónomos estadounidenses Ron Hellings y George Downs sugirieran utilizarlos de una manera especial: sus destellos tendrían que cambiar en caso de que hubiese presencia de ondas gravitacionales junto a ellos.

Eso, justamente, fue lo que midió el equipo de NANOGrav y sus colegas, con ayuda de los radiotelescopios. Para hacerse una idea de su tamaño, solo el de China, ubicado en la región de Guizhou, tiene 500 metros de diámetro. Juntos, dijo Stephen Taylor, presidente de NANOGrav, conformaron una antena gigante de ondas gravitacionales.

Saltándonos muchísimos detalles técnicos, imposibles de abordar en este texto, el equipo de científicos notó que había unos retrasos en esa usual “puntualidad” de los púlsares. Las desviaciones fueron de cientos de nanosegundos, una medición que, como recuerda Rago, requiere de una precisión absoluta. Y esas anomalías, sospechan ahora los autores de las investigaciones, son resultado de la presencia de ondas gravitacionales.

Soler tiene otro buen ejemplo para no perderse en estos tecnicismos: “Imagine que usted navega en el mar y ve faros en la costa, los cuales siempre están estandarizados. Pero, ahora, imagine que esos faros empiezan a cambiar y a moverse muy levemente. Pues este consorcio observó que estos ‘faros’ (o púlsares) tenían un cambio muy, muy pequeño”.

Por el momento, la principal hipótesis es que esas señales provienen de los agujeros negros supermasivos que están en otras galaxias, lo cual ayudaría a entender su historia y la de aquellas galaxias. Pero también es posible que sean una reliquia del Big Bang.

Si bien hace falta recopilar muchas más pruebas y parece ser pronto para predecir el impacto que tendrá este anuncio en la investigación futura, como le advertía a The New York Times Chiara Mingarelli, astrofísica de la Universidad de Yale y miembro de NANOGrav, “esto es realmente solo el comienzo de una forma completamente nueva de observar el universo”.

Por un lado, le decía Caprini a Quanta Magazine, significaría, por un lado, “que en el centro de algunas galaxias hay agujeros negros masivos que no están solos. Por otro, implica que “podemos investigar, a través de la historia del universo, cómo colisionan las galaxias”. “Esto significa que la ventana, que se había abierto en la década del 70, ahora está abierta de par en par y está entrando mucha luz para analizar”, añade Soler.

“Si esto se confirma, tendremos 20 años de trabajo estudiando este nuevo fondo de ondas gravitacionales”, aseguró a Nature Monica Colpi, quien estudia la teoría de las ondas gravitacionales y los agujeros negros en la Universidad de Milán-Bicocca en Italia. “Pondrá a trabajar a un ejército de astrofísicos”.

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