Conjuntos de cronometraje de púlsares nos acercan a descubrir los agujeros negros supermasivos

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Las galaxias albergan agujeros negros supermasivos, que pesan entre millones y miles de millones de veces más que el sol. Cuando las galaxias colisionan, los pares de agujeros negros supermasivos que se encuentran en sus centros también están en curso de colisión. Pueden pasar millones de años antes de que dos agujeros negros choquen entre sí. Cuando la distancia entre ellos es lo suficientemente pequeña, el agujero negro binario comienza a producir ondas en el espacio-tiempo, que se denominan ondas gravitacionales.

Las ondas gravitacionales se observaron por primera vez en 2015, pero se detectaron en agujeros negros mucho más pequeños, que pesan decenas de veces el sol. Las ondas gravitacionales procedentes de agujeros negros supermasivos siguen siendo un misterio para los científicos. Su descubrimiento sería inestimable para determinar cómo se forman y evolucionan las galaxias y las estrellas, y para encontrar el origen de la materia oscura.

Un estudio reciente dirigido por el Dr. Boris Goncharov y el profesor Ryan Shannon -ambos investigadores del Centro de Excelencia para el Descubrimiento de las Ondas Gravitacionales del ARC (OzGrav)- aborda este enigma. Utilizando los datos más recientes del experimento australiano conocido como Parkes Pulsar Timing Array, los científicos buscaron estas misteriosas ondas gravitacionales procedentes de agujeros negros supermasivos.

El experimento observó púlsares de radio: núcleos colapsados extremadamente densos de estrellas supergigantes masivas (llamadas estrellas de neutrones) que emiten ondas de radio, como el haz de un faro. El tiempo de estos pulsos es extremadamente preciso, mientras que el fondo de las ondas gravitacionales adelanta y retrasa los tiempos de llegada de los pulsos en un patrón predecible a través del cielo, aproximadamente en la misma cantidad en todos los púlsares. Los investigadores informan ahora de que los tiempos de llegada de estas ondas de radio sí muestran desviaciones con propiedades similares, como las que esperamos de las ondas gravitacionales. Sin embargo, se necesitan más datos para concluir si los tiempos de llegada de las ondas de radio están correlacionados en todos los púlsares del cielo, lo que se considera la "pistola humeante". También han obtenido resultados similares colaboraciones con sede en Norteamérica y Europa. Estas colaboraciones, junto con grupos basados en India, China y Sudáfrica, están combinando activamente conjuntos de datos en el marco del International Pulsar Timing Array, para mejorar la cobertura del cielo.

Este descubrimiento se considera un precursor de la detección de ondas gravitacionales procedentes de agujeros negros supermasivos. Sin embargo, el Dr. Goncharov y sus colegas señalan que las variaciones observadas en los tiempos de llegada de las ondas de radio también podrían deberse al ruido intrínseco de los púlsares. El Dr. Goncharov dijo: "Para averiguar si la deriva "común" observada tiene un origen en las ondas gravitacionales, o si la señal de las ondas gravitacionales se encuentra más profundamente en el ruido, debemos seguir trabajando con nuevos datos procedentes de un número creciente de conjuntos de cronometraje de púlsares en todo el mundo".

Fuentes, créditos y referencias:

 Boris Goncharov et al, On the Evidence for a Common-spectrum Process in the Search for the Nanohertz Gravitational-wave Background with the Parkes Pulsar Timing Array, The Astrophysical Journal Letters (2021). DOI: 10.3847/2041-8213/ac17f4

Imágenes: 

Una simulación de agujeros negros binarios supermasivos en colisión. Crédito: NASA.

Restricciones de las correlaciones interpulsares obtenidas por Goncharov et al. (2021), como contornos de probabilidad rojos, y la correlación espacial esperada que habría producido la señal de ondas gravitacionales de un conjunto de agujeros negros binarios supermasivos. Crédito: ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery