Las ondas gravitacionales emitidas cuando los agujeros negros distantes chocan y se fusionan, haciendo sonar la estructura misma del espacio-tiempo como una campana, podrían usarse para ayudar a medir qué tan rápido se está expandiendo el universo, informa un nuevo estudio.
Desde finales de la década de 1990, los astrónomos han sabido que el universo no solo se está expandiendo, sino que se está expandiendo a un ritmo acelerado. La causa de esta llamada aceleración tardía sigue siendo un misterio, lo que le valió el nombre de marcador de posición «energía oscura.»
Y los investigadores estaban intrigados por el hecho de que las dos formas principales de medir la expansión cósmica dan diferentes valores para la tasa, que se llama la constante de Hubble. Este la brecha se mantuvoincluso cuando ambos métodos se han vuelto más precisos a lo largo de los años.
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Estas dos técnicas son el método de los «tiempos tardíos», que considera la velocidad de las galaxias y su distancia de nosotros, y el método de los «tiempos tempranos», que estudia la «luz fósil» justo después de la Big Bang llamó al fondo cósmico de microondas.
Las últimas mediciones dan actualmente una tasa de expansión de alrededor de 73 ± 1 kilómetros por segundo por megaparsec, mientras que las primeras mediciones dan un valor de 67,5 ± 0,5 km/s por megaparsec.
Esto llevó a los científicos a buscar un método de corroboración para medir la constante de Hubble. Y ahí es donde entra el nuevo estudio.
Lente gravitacional y ondas gravitacionales
El nuevo estudio sugiere el uso de un fenómeno predicho por Albert Einstein y generalmente asociado con la distorsión de la luz llamada lente gravitacional para medir la constante de Hubble.
lente gravitacional es un efecto que se deriva de la teoría de Einstein teoría de la relatividad general. La teoría de la gravedad del gran físico de 1915 predice que la masa tiene un efecto de distorsión en el espacio y el tiempo, unidos en una entidad de cuatro dimensiones llamada espacio-tiempo.
Esta distorsión significa que cuando la luz de una fuente de fondo pasa frente a un objeto de gran masa como una galaxia, esta «lente gravitatoria» desvía su camino. Este efecto puede hacer que la fuente de fondo se amplíe, y los observatorios como el de la NASA lo utilizan con buenos resultados para ver galaxias tempranas. Telescopio espacial James Webb (JWST).
Las lentes gravitacionales generalmente se asocian con la luz. Pero las ondas gravitacionales, ondas en el espacio-tiempo creadas por la aceleración de objetos de enorme masa, como dos agujeros negros que se acercan en espiral, deberían verse afectadas de manera similar. Eso significa ondas gravitacionales de estos violentos eventos de fusión también deberían mostrar lentes gravitacionales, como lo hace la luz.
La luz puede seguir diferentes caminos más allá de un objeto con lente porque la cantidad de desviación depende de su proximidad a la lente gravitatoria. Esto significa que la luz llega a la Tierra en diferentes momentos y este retraso puede hacer que el mismo objeto aparezca en varios lugares en una sola imagen. Dado que las ondas gravitacionales también pueden tomar diferentes caminos a través de una lente gravitacional, también deberían exhibir un tiempo de llegada similar, lo que significa que los detectores de ondas gravitacionales podrían, en teoría, detectar ondas gravitacionales del mismo evento en diferentes momentos.
Esto se puede usar como una medida de la constante de Hubble, dijeron los miembros del equipo de estudio. Esto se debe a que la tasa de expansión del universo influye en la distancia entre las fuentes de ondas gravitacionales: agujero negro fusiones, por ejemplo, y la galaxia que deforma el espacio-tiempo y actúa como una lente gravitatoria y distancia a la Tierra.
El equipo dijo que la cantidad de lentes de ondas gravitacionales debería depender de la tasa de expansión del universo y, por lo tanto, de la constante de Hubble. Sugieren que una constante de Hubble más grande daría como resultado una fracción más alta de fusiones de agujeros negros con lentes y también valores de retraso más pequeños en comparación con lo que se observaría en el caso de una constante de Hubble más pequeña.
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La ventaja de medir la tasa de expansión del universo con ondas gravitacionales en lugar de luz es que estas ondas no se ven afectadas cuando pasan a través de enormes nubes de gas y polvo, mientras que la luz puede absorberse o cambiar su frecuencia. Esto significa que la técnica podría permitir a los astrónomos «ver» más en la historia del universo que incluso la luz de una lente fuerte.
Los científicos aún tienen que detectar un fuerte efecto de lente gravitacional en las ondas gravitacionales de la fusión de los agujeros negros, y la técnica sugerida por el equipo dependerá de un catálogo de miles de eventos de ondas gravitacionales, que aún no está disponible. Las primeras ondas gravitacionales fueron detectado por primera vez en 2015, por lo que todavía es un nuevo campo científico. Sin embargo, se están produciendo importantes avances.
La sensibilidad de los detectores de ondas gravitacionales terrestres ha mejorado con las recientes actualizaciones importantes del Interferómetro láser Observatorio de ondas gravitacionales (LIGO), Virgo y el detector de ondas gravitacionales Kamioka (KAGRA). Además, el lanzamiento del primer detector de ondas gravitacionales basado en el espacio, la Antena espacial europea (LISA) del interferómetro láser, está programado para 2037.
Con estos instrumentos mejorados, los científicos podrían comenzar a construir una base de datos que permita la observación de lentes gravitacionales en ondas gravitacionales. En estos datos, el equipo espera encontrar una pequeña fracción de señales repetidas de los mismos eventos de fusión de agujeros negros, al igual que las mismas fuentes de luz distantes aparecen varias veces en las imágenes del JWST debido a las lentes gravitatorias.
«Un objetivo científico importante de los detectores futuros es proporcionar un catálogo completo de eventos de ondas gravitacionales, y este será un uso completamente nuevo para el notable conjunto de datos», dijo el coautor del estudio Tejaswi Venumadhav Nerella, teórico astrofísico de la Universidad de California, Santa. Bárbara, dijo en un comunicado de prensa.
La investigación fue publicada el 30 de junio en la revista Cartas de exploración física.
