Las ondas gravitacionales pueden revelar la tasa de expansión del universo
Un nuevo estudio dice que las ondas gravitacionales emitidas cuando los agujeros negros distantes chocan y se fusionan, haciendo que la estructura misma del espacio-tiempo suene como una campana, pueden usarse para ayudar a medir la tasa de expansión del universo.
Desde finales de la década de 1990, los astrónomos se han dado cuenta de que el universo no solo se está expandiendo, sino que lo está haciendo a un ritmo acelerado. La causa de la llamada aceleración de tiempo retrasado sigue siendo un misterio y se le ha dado el nombre de marcador de posición «energía oscura. »
Los investigadores estaban desconcertados por el hecho de que los dos métodos principales para medir la expansión cósmica dan valores diferentes para la tasa, que se llama constante de Hubble. este La sombra de la contradicciónincluso 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 «tiempo tardío», que tiene en cuenta la velocidad y la distancia de las galaxias a nosotros, y el método de «tiempo temprano», que estudia la «luz fósil» después de la gran explosión Llamar Fondo cósmico de microondas.
Las últimas mediciones dan actualmente una tasa de expansión de alrededor de 73 ± 1 km/s 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 apoyo para medir la constante de Hubble. Aquí es donde entra el nuevo estudio.
Lentes gravitacionales y ondas gravitacionales
El nuevo estudio sugiere usar un fenómeno predicho Albert Einstein Por lo general, se asocia con la distorsión de la luz llamada lente gravitacional para medir la constante de Hubble.
lente gravitacional Es un efecto que se origina en Einstein. La teoría general de la relatividad. La teoría de la gravedad de 1915 del gran físico predice que la masa tiene un efecto de deformación en el espacio y el tiempo, uniéndose como una entidad de cuatro dimensiones llamada espacio-tiempo.
Esta deformación significa que cuando la luz de una fuente de fondo pasa por un objeto de gran masa, como una galaxia, su camino es desviado por una «lente gravitatoria». Este efecto puede magnificar una fuente de fondo y se utiliza con gran eficacia para ver galaxias tempranas por parte de observatorios como la NASA. Telescopio espacial James Webb (JWST).
Las lentes gravitacionales generalmente se asocian con la luz. Pero las ondas gravitacionales, ondas en el espacio-tiempo causadas por la aceleración de objetos de enorme masa, como dos agujeros negros que se acercan en espiral, deberían verse afectadas de manera similar. esto significa ondas gravitacionales A partir de estos violentos eventos de fusión también deberían exhibir lentes gravitacionales, como lo hace la luz.
La luz puede tomar diferentes caminos siguiendo un objeto con lente porque la cantidad que se desvía depende de qué tan cerca esté de la lente gravitacional. 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 después de la lente gravitacional, también deben mostrar un retraso de 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.
Los miembros del equipo de estudio dijeron que esto puede usarse como una medida de la constante de Hubble. Eso es porque la tasa de expansión del universo afecta la distancia entre las fuentes de las ondas gravitacionales. Agujero negro Fusiones, por ejemplo, y la galaxia que distorsiona el espacio-tiempo y actúa como una lente gravitatoria y distancia a la Tierra.
El equipo dijo que la cantidad de reflexión de ondas gravitacionales debería depender de la tasa de expansión del universo y, por lo tanto, de la constante de Hubble. Sugieren que la constante de Hubble más grande conduciría a una porción más grande de fusiones de agujeros negros lenticulares y también a valores más pequeños del retraso de tiempo de lo que se vería en el caso de la 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 atraviesan enormes nubes de gas y polvo, mientras que la luz puede absorberse o cambiar su frecuencia. Esto significa que esta técnica podría permitir a los astrónomos «ver» más en la historia del universo de lo que permitiría incluso la luz ultralentes.
Los científicos aún no han descubierto un fuerte efecto de la lente gravitacional sobre las ondas gravitacionales generadas por la fusión de agujeros negros, y la técnica propuesta por el equipo se basará en el catálogo de miles de eventos de ondas gravitacionales, que aún no están disponibles. Fueron las primeras ondas gravitacionales. Fue descubierto por primera vez en 2015., por lo que este es todavía un nuevo campo de la ciencia. Sin embargo, los principales acontecimientos están en marcha.
La sensibilidad de los detectores de ondas gravitacionales terrestres ha mejorado con las recientes mejoras significativas de Observatorio de interferómetro láser de ondas gravitacionales (LIGO), Virgo y el detector de ondas gravitacionales Kamioka (KAGRA). Además, el lanzamiento del primer detector espacial de ondas gravitacionales, la antena de interferómetro láser Europa (LISA), está previsto para 2037.
Con estas herramientas mejoradas, los científicos pueden comenzar a construir una base de datos que permita observaciones 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 para los detectores futuros es proporcionar un catálogo completo de eventos de ondas gravitacionales, y este sería un uso completamente nuevo de este impresionante conjunto de datos», dijo el coautor del estudio, Tejaswi Venumadhav Nerella, astrofísico teórico de la Universidad de California. , Santa Bárbara, dijo en un comunicado.
La investigación fue publicada el 30 de junio en la revista Cartas de revisión física.
