Un recién descubierto 'zumbido' de ondas gravitacionales podría provenir de los agujeros negros más grandes del universo.

Debajo de las explosiones, colisiones y otros ruidos intermitentes en el cosmos, los científicos sospechan que se reproduce una banda sonora continua, creada por las ondas en el espacio-tiempo que continúan moviéndose a través del universo. Después de más de una década de búsqueda, los científicos finalmente pudieron haber escuchado ese zumbido de fondo.

Varios equipos de investigadores de todo el mundo informaron el 28 de junio las primeras pruebas claras de estas ondas gravitacionales. A diferencia de las ondas gravitacionales previamente detectadas, estas nuevas tienen ondulaciones que son asombrosamente largas, a la escala de años luz. Su origen probable: innumerables pares de agujeros negros gigantescos, que agitan el caldero del espacio-tiempo mientras orbitan entre sí.

Si esa intuición es correcta, el resultado proporcionaría la primera evidencia de que los pares de agujeros negros monstruosos, con masas miles de millones de veces la del sol, pueden fusionarse en uno solo.

Si las ondas gravitacionales son reales, y si realmente son una señal de pares de agujeros negros supermasivos, "es milagroso", dice la astrofísica Meg Urry de la Universidad de Yale. "Es extremadamente interesante, porque prácticamente no tenemos idea de qué están haciendo los agujeros negros más masivos".

Las ondas gravitacionales son producidas por objetos masivos acelerados. A medida que estas ondas atraviesan el universo, arrugan el tejido del espacio-tiempo en el que está bordada la realidad. En 2015, científicos del Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser Avanzado, o LIGO, detectaron por primera vez ondas gravitacionales. Esas ondas fueron generadas por fusiones de agujeros negros relativamente pequeños, bestias completamente diferentes a los supermasivos que acechan en los centros de las galaxias.

Mientras que LIGO capta ráfagas de ondas gravitacionales que pueden durar fracciones de segundo, se espera que los agujeros negros supermasivos orbitantes emitan ondas continuamente durante millones de años, creando ondulaciones que cubren el cosmos con su zumbido constante. "Esto es algo completamente diferente, algo muy nuevo", dice el investigador de LIGO Daniel Holz, astrofísico de la Universidad de Chicago. "Es impresionante".

En todo el universo, las galaxias se entremezclan y fusionan regularmente. A medida que lo hacen, los científicos sospechaban que los agujeros negros supermasivos orbitarían entre sí y emitirían ondas gravitacionales. Muchos pares de agujeros negros estarían realizando esta danza orbital al mismo tiempo, en las muchas galaxias fusionándose dispersas por todo el cosmos, enviando sus ondas en el espacio-tiempo al espacio.

"La Tierra está simplemente rebotando aleatoriamente en este mar de ondas gravitacionales", dice la astrofísica Maura McLaughlin de la Universidad de Virginia Occidental en Morgantown y miembro del Observatorio Norteamericano de Nanohertz para Ondas Gravitacionales, o NANOGrav.

Detectar este revoltijo de ondas gravitacionales no es fácil. La tarea requería que los científicos convirtieran la Vía Láctea en un detector de ondas gravitacionales, sincronizando el tic-tac constante de pulsares muertos, restos giratorios de estrellas explotadas que emiten haces de ondas de radio mientras giran. Estos haces pasan regularmente cerca de la Tierra, como los precisos tics de un reloj. Las ondas gravitacionales que estiran y comprimen el espacio entre los pulsares y la Tierra hacen que los pulsares se adelanten o se retrasen, lo cual se observa con una variedad de radiotelescopios alrededor del mundo.

Para asegurarse de que estaban viendo las ondas gravitacionales y no interferencias sin interés, los investigadores buscaron un tipo especial de correlación entre diferentes pulsares. Los pulsares cercanos entre sí en el firmamento deberían mostrar cambios de tiempo similares, pero aquellos que están en ángulos rectos entre sí deberían mostrar cambios opuestos: Los blips de un pulsar llegarían antes mientras que los del otro llegarían después.

Esa distintiva característica finalmente fue observada, informaron los investigadores de NANOGrav el 28 de junio en Astrophysical Journal Letters. "No hay nada en la naturaleza que pueda imitar esto", dice Chiara Mingarelli, astrofísica de la Universidad de Yale e investigadora de NANOGrav. "Solo las ondas gravitacionales pueden hacer eso". Su resultado se basó en 15 años de seguimiento de docenas de pulsares.

Obtén un gran periodismo científico, de la fuente más confiable, entregado a tu puerta.

"Es realmente estimulante", dice el astrofísico Michael Keith de la Universidad de Manchester en Inglaterra, miembro del European Pulsar Timing Array, o EPTA.

El equipo EPTA pasó incluso más tiempo observando pulsares, un cuarto de siglo. "Estábamos llegando al punto en el que comenzábamos a pensar que tal vez la señal era tan débil que nunca la encontraríamos", dice Keith. Pero la característica distintiva entre pulsares también era evidente en los resultados de EPTA, que se informaron el 28 de junio en Astronomy and Astrophysics con investigadores del Indian Pulsar Timing Array.

Some scientists have thought that supermassive black holes in merging galaxies would never draw close enough to coalesce with one another, or to emit gravitational waves like the ones observed. “It’s actually been a sore spot for our field for many years,” Mingarelli says.

In contrast, the gravitational wave signal seems to be stronger than expected (SN: 6/3/23). That suggests, “there are many black holes, they merge happily, and black holes also grow [to large masses] very happily,” says astrophysicist Marta Volonteri of Institut d’Astrophysique de Paris, who was not involved with the new research.

Future work could reveal more about supermassive black holes and their environs, says astronomer Ryan Shannon of Swinburne University of Technology in Melbourne, Australia.

“Understanding better the demographics of these supermassive black holes is going to help us understand how galaxies form and evolve,” says Shannon, a researcher on the Parkes Pulsar Timing Array in Australia, which also reported independent results in the Astrophysical Journal Letters and Publications of the Astronomical Society of Australia. A shorter-term effort, from the Chinese Pulsar Timing Array, reported its results in Research in Astronomy and Astrophysics.

The teams stopped just short of declaring an ironclad detection of the background of gravitational waves, rather presenting their results as strong evidence for the ripples. Taken individually, their results don’t quite meet the most stringent standards for statistical significance set by physicists. In future work, the teams plan to combine their data, in hopes of further solidifying the detection.

And although supermassive black holes are the simplest explanation for the waves’ origins, researchers still can’t rule out a more exotic provenance. For example, the ripples might have arisen from inflation, the period just after the Big Bang when the universe is thought to have expanded incredibly rapidly (SN: 7/13/12).

Whatever the source, the future study of these gravitational waves is bound to have ripple effects.

==