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| El método de la "sirena espectral" sugiere que las fusiones entre objetos cósmicos masivos y compactos podrían ayudar a entender cómo ha evolucionado el universo. Ilustración de agujeros negros en fusión que lanzan ondas gravitacionales. (Crédito de la imagen: ESA) |
La constante de Hubble es uno de los números más críticos en cosmología porque nos indica la velocidad de expansión del universo. Existen diferentes métodos para medir esta velocidad. Sin embargo, determinar la exactitud de este número es esencial para comprender mejor cuestiones fundamentales como la edad, la historia y la composición del universo.
El nuevo estudio realizado por dos astrofísicos de la Universidad de Chicago ofrece una forma de realizar este cálculo: utilizar pares de agujeros negros que colisionan y así comprender la evolución del universo, de qué está hecho y hacia dónde va.
Según los científicos, la nueva técnica, bautizada como "sirena espectral", podría ofrecer información sobre los años de "adolescencia" del universo, que de otro modo serían esquivos.
De vez en cuando, dos agujeros negros colisionan. Este acontecimiento es tan potente que crea una ondulación espacio-temporal que viaja por el universo. Estas ondas también se conocen como ondas gravitacionales.
El Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) de Estados Unidos y el observatorio italiano Virgo pueden captar esas ondas aquí en la Tierra. En los últimos años, LIGO y Virgo han recogido las lecturas de casi 100 pares de agujeros negros en colisión.
La señal de cada colisión contiene información sobre la masa de los agujeros negros. Pero la señal ha estado viajando a través del espacio, y durante ese tiempo, el universo se ha expandido, lo que cambia las propiedades de la señal.
El astrofísico de la UChicago Daniel Holz, uno de los dos autores del trabajo, dijo: "Por ejemplo, si se tomara un agujero negro y se pusiera antes en el universo, la señal cambiaría, y parecería un agujero negro más grande de lo que es".
Determinar una forma de estimar cómo cambió esa señal podría ayudar a los científicos a calcular la tasa de expansión del universo. Sin embargo, el problema es la calibración: ¿Cómo saben cuánto ha cambiado con respecto al original?
En este nuevo estudio, los científicos sugieren que pueden utilizar los nuevos conocimientos sobre toda la población de agujeros negros como herramienta de calibración. Por ejemplo, las pruebas actuales indican que la mayoría de los agujeros negros detectados tienen entre cinco y 40 veces la masa de nuestro sol.
El primer autor, José María Ezquiaga, becario postdoctoral Einstein de la NASA y becario del Instituto Kavli de Física Cosmológica que trabaja con Holz en la UChicago, dijo: "Así que medimos las masas de los agujeros negros cercanos y entendemos sus características, y luego miramos más lejos y vemos cuánto parecen haberse desplazado esos más lejanos. Y esto nos da una medida de la expansión del universo".
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| Dos astrofísicos de la Universidad de Chicago han diseñado un método para utilizar pares de agujeros negros en colisión (mostrados como una representación artística arriba) para medir la velocidad de expansión de nuestro universo. Crédito de la ilustración: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Project |
Los científicos están entusiasmados porque en el futuro, a medida que se amplíen las capacidades de LIGO, el método puede proporcionar una ventana única a los años "adolescentes" del universo -hace unos 10.000 millones de años- que son difíciles de estudiar con otros métodos.
Los autores señalan: "La otra ventaja de este método es que las lagunas en nuestro conocimiento científico crean menos incertidumbres. El método puede calibrarse a sí mismo utilizando toda la población de agujeros negros, identificando y corrigiendo directamente los errores. Los otros métodos utilizados para calcular la constante de Hubble se basan en nuestra comprensión actual de la física de las estrellas y las galaxias, lo que implica una gran cantidad de física y astrofísica complicada. Esto significa que las mediciones podrían desviarse bastante si hay algo que aún no conocemos".
"Por el contrario, este nuevo método de los agujeros negros se basa casi exclusivamente en la teoría de la gravedad de Einstein, que está bien estudiada y ha resistido todas las formas en que los científicos han tratado de ponerla a prueba hasta ahora."
Según Holz, "cuantas más lecturas tengan de todos los agujeros negros, más precisa será esta calibración. Necesitamos preferentemente miles de estas señales, que deberíamos tener en unos años, e incluso más en la próxima década o dos. En ese momento, sería un método increíblemente poderoso para aprender sobre el universo".
Fuentes, créditos y referencias:
Jose María Ezquiaga and Daniel E. Holz. Spectral Sirens: Cosmology from the Full Mass Distribution of Compact Binaries. Phys. Rev. Lett. 129, 061102 – Published 3 August 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061102
Fuente: Universidad de Chicago