Detectan por primera vez un fondo de ondas gravitatorias que podría venir de agujeros negros supermasivos

Se ha detectado recientemente un fondo cósmico de ondas gravitatorias proveniente de todas direcciones y que llena todo el universo. Este es uno de los resultados más esperados en la astronomía de ondas gravitatorias desde que se detectó aquella primera señal emitida durante la colisión de dos agujeros negros. Desde entonces estas detecciones se han vuelto casi rutinarias y se conocen ya decenas de ellas. Sin embargo la detección anunciada hoy es completamente diferente: es equivalente a observar el universo únicamente con luz visible y empezar a observarlo mediante ondas de radio. Los fenómenos que eso nos permite estudiar serán completamente diferentes. Pero antes de nada entendamos qué se ha detectado y cómo lo han hecho.

Todos los objetos, por el simple hecho de tener masa o energía, crean un campo gravitatorio a su alrededor. Este es tan débil, que solo será perceptible para los objetos verdaderamente masivos, como planetas, estrellas o agujeros negros. Puedes intentar visualizar el campo como si el objeto que lo crea (que puede ser el planeta Tierra pero también tu cuerpo o un grano de arroz) tuviera esferas concéntricas emanando de él. Estas esferas representarían la intensidad del campo gravitatorio y se alejarían del objeto a la velocidad de la luz, decayendo en intensidad al hacerlo. Si el objeto en cuestión comenzara a moverse, esas ondas concéntricas se deformarían. Imagina que el objeto vibra con gran amplitud y rápidamente. En este caso se formarán como ondulaciones en las que este campo se hará más intenso o menos intenso periódicamente, según el objeto esté en una posición u otra. Esto son lo que se conocen como ondas gravitatorias.

Pero claro, los objetos astronómicos no pueden ponerse a vibrar como si nada, ningún mecanismo físico sería capaz de zarandearlos así, por lo que lo más parecido que tenemos a esto es cuando dos objetos se orbitan muy cerca entre sí. Cuanto más masivos sean y más cerca se orbiten, más intensas serán las ondas gravitatorias que emitan y más fácil será detectarlos. Es por eso que a día de hoy solo hemos podido detectar las ondas gravitatorias emitidas por pares de agujeros negros o estrellas de neutrones. Cuando estos astros extremos están a punto de colisionar, pueden llegar a orbitarse varias veces en un solo segundo, por lo que la frecuencia de las ondas que emiten es bastante alta. Lo que se ha detectado ahora han sido ondas gravitatorias pero de una frecuencia miles o millones de veces menor.

Concretamente se ha hecho estudiando decenas de púlsares. Un púlsar es una estrella de neutrones que emite dos intensos chorros de radiación en direcciones opuestas como resultado de intensísimos campos magnéticos, que aceleran partículas cargadas y emiten luz muy intensa. Estos chorros no tienen por qué estar alineados con el eje de rotación de la estrella de neutrones, por lo que funcionan como un faro. Algunos púlsares pueden llegar a rotar cientos de veces por segundo y se conocen cómo púlsares de milisegundos. Estas oscilaciones son tan precisas, que podemos utilizarlas para estudiar cómo las ondas gravitatorias distorsionan el espacio que nos separa de ellos. Eso han hecho varias colaboraciones astronómicas durante los últimos 15 años y eso han publicado: el estudio de las variaciones en el periodo de decenas de púlsares de milisegundos diferentes.

Las observaciones muestran por tanto lo que parece ser una fondo estadísticamente aleatorio de ondas gravitatorias, que parecen llenar todo el universo y que no provienen de una fuente concreta, sino de la suma de multitud de fuentes diferentes. Este fondo de ondas gravitatorias detectado es además consistente con lo que esperaríamos observar si fuera provocado por pares de agujeros negros supermasivos orbitándose entre sí. Aún no tenemos suficientes datos como para poder asegurarlo con absoluta certeza. Hará falta observar más púlsares durante más tiempo, pero todo apunta a que ese es el origen de estas ondas detectadas. Los agujeros negros supermasivos causantes de estas ondas trazarían órbitas mucho más grandes que las de sus análogos más pequeños, tardando meses o incluso años en completar una sola revolución. Es por esto que la frecuencia de las ondas detectadas es mucho menor.

Sin embargo, esto presenta una pregunta y es que no tenemos ninguna detección robusta de agujeros negros supermasivos dobles, solo algunos candidatos. Según nuestros modelos, dos agujeros negros supermasivos que empiezan con órbitas de días de meses de duración no serían capaces de decaer hasta colisionar en la historia del universo. Debe haber por tanto otros mecanismos que aceleran la colisión de estos gigantes astronómicos y que hacen que podamos detectar las ondas gravitatorias que emitieron hace miles de millones de años, pero que no podamos observarlos a día de hoy. Con más datos, deberíamos ser capaces de entender mejor estos procesos y de entender cómo las galaxias primigenias interaccionaron para formar las galaxias que pueblan hoy el universo.

Referencias: