El año 2023 llega a su fin y como cada año echamos la vista atrás, con la esperanza de extraer alguna lección o aprendizaje de nuestras experiencias de los últimos meses. También en ciencia conviene hacer esa reflexión, pues muchas veces resulta difícil ver el avance del conocimiento humano cuando lo vives en directo. Pero aunque sea lentamente, poco a poco hemos ido desvelando los misterios de la naturaleza y seguimos haciéndolo a día de hoy. Es por esto mismo que hemos querido recuperar la que para nosotros ha sido la noticia más importante del año en diferentes disciplinas. Aquí en concreto hablaremos sobre la noticia más importante en astrofísica.
Este descubrimiento ha requerido observación increíblemente precisas durante quince años de objetos repartidos por todo el universo. Foto: NANOGrav Collaboration
Esto no ha sido tarea fácil. El telescopio James Webb, que acaba de cumplir recientemente su segundo aniversario desde que fue lanzado al espacio, ha protagonizado las noticias sobre astrofísica del año. Nos ha permitido explorar nuestro propio sistema solar, pero también conocer las estrellas y galaxias más antiguas del universo. El regreso de las muestras recopiladas por la sonda OSIRIS-REx del asteroide Bennu también han sido un hito a destacar, pero los descubrimientos más importantes a ese respecto probablemente aún están por llegar. Este año también se ha puesto en órbita el telescopio Euclid, con la misión de profundizar en nuestro estudio de los componentes más enigmáticos de nuestro universo, la materia y energía oscuras. Sin embargo, hemos preferido destacar otra noticia, a nuestros ojos todavía más trascendental: el descubrimiento de un fondo cósmico de ondas gravitatorias generado por la colisión de agujeros negros supermasivos.
NANOGrav Collaboration | Representación artística del fondo cósmico de ondas gravitatorias descubierto
Las ondas gravitacionales fueron predichas por Albert Einstein en su Teoría de la Relatividad General, presentada en 1915, pero su existencia no fue confirmada experimentalmente hasta finales de 2015 por la colaboración LIGO. La detección de ondas gravitatorias procedentes de colisiones de agujeros negros supermasivos extiende esta confirmación a una escala mucho mayor. Este descubrimiento abre nuevas vías para estudiar fenómenos astrofísicos extremos, además de ayudarnos en nuestra comprensión del universo a gran escala. Las ondas gravitatorias proporcionan una nueva forma de observar el universo, complementando la información obtenida a través de métodos electromagnéticos, es decir, a través de la luz. Es por eso que la astronomía de ondas gravitatorias, junto a la astronomía de neutrinos, se han abierto paso como dos nuevas ventanas a través de las cuales observar el universo.
Además, los agujeros negros supermasivos se encuentran en el centro de la gran mayoría de galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea. Comprender cómo interactúan y se fusionan estos astros es crucial para entender la evolución de las galaxias y del universo en su conjunto.
La Relatividad General de Einstein fue uno de los desarrollos teóricos más importantes de la física del siglo pasado. Revolucionó nuestra comprensión de la gravedad y del universo. En esta teoría, la gravedad no es una fuerza como lo era para Isaac Newton, sino el resultado de la curvatura del espacio-tiempo causada por la masa y la energía. Esta teoría predice que los objetos masivos acelerados (como dos estrellas o dos agujeros negros orbitándose mutuamente) deberían producir ondas en el tejido del espacio-tiempo, de forma similar a como un objeto lanzado en un estanque crea ondas en el agua. Estas ondas gravitacionales viajarían a través del universo a la velocidad de la luz. En principio el propio Einstein pensó que sería imposible detectar estas ondas, pues su intensidad sería tan pequeña que sus efectos serían imperceptibles.
NANOGrav Collaboration | Uno de los radiotelescopios utilizados en el estudio que permitió este descubrimiento.
Sin embargo la tecnología ha permitido detectar lo indetectable. Antes de los detectores de ondas gravitatorias modernos ya hubo avances importantes en el tema. Los astrónomos Russell Hulse y Joseph Taylor estudiaron en detalle un sistema binario de estrellas de neutrones (conocido como púlsar binario), observando que la órbita del sistema se reducía gradualmente. Este cambio en la órbita del púlsar binario era consistente con la pérdida de energía debido a la emisión de ondas gravitacionales, según lo predicho por la Relatividad General. Hulse y Taylor recibieron el Premio Nobel de Física en 1993 por este descubrimiento, que proporcionó la primera evidencia indirecta de la existencia de ondas gravitacionales.
Tuvimos que esperar a 2015 para observar esas ondas directamente y no los efectos de su emisión en la órbita de los astros que las emitían. Este nuevo descubrimiento de un fondo cósmico de ondas gravitatorias, nos permite estudiar este fenómeno de una forma totalmente diferente. En este caso se midieron las variaciones minúsculas en los periodos de rotación de decenas de púlsares distantes para medir cómo el espacio que nos separa de ellos había vibrado por el paso de estas ondas gravitatorias. Este descubrimiento podría tener implicaciones significativas para la física fundamental, incluida la posibilidad de probar teorías de la gravedad más allá de la Relatividad General y entender mejor el Big Bang y la evolución temprana del universo. Por tanto nos acerca a responder alguna de las preguntas más fundamentales que se plantea la física a día de hoy. ¿Existe una teoría que unifique la gravedad y la mecánica cuántica? Responder esto es el gran objetivo de la física teórica actual. Este descubrimiento y los que vendrán de estudios como este sin duda nos acerca más a encontrarle respuesta.
Referencias:
- Krauss, Lawrence D. et al (2010). «Primordial Gravitational Waves and Cosmology». Science. 328 (5981): 989–992. doi:10.1126/science.1179541
- Reardon, Daniel J. et al (2023). «Search for an Isotropic Gravitational-wave Background with the Parkes Pulsar Timing Array». The Astrophysical Journal Letters. 951 (1): doi:10.3847/2041-8213/acdd02
- Agazie, Gabriella et al (June 2023). «The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background». The Astrophysical Journal Letters. 951 (1): L8. doi:10.3847/2041-8213/acdac6
