El Observatorio de Arecibo proporcionó datos sobre más de 40 púlsares durante 15 años para el estudio.
Un equipo internacional de astrónomos ha anunciado los resultados de una búsqueda exhaustiva de ondas en el tejido del espacio-tiempo, conocidas como ondas gravitacionales. El equipo buscó ondas gravitacionales de baja frecuencia, que pueden originarse a partir de agujeros negros supermasivos binarios que residen en galaxias o de eventos que ocurrieron poco después de la formación del universo en el Big Bang. La detección de estas señales de baja frecuencia abrirá una nueva ventana en el espectro de ondas gravitacionales y ayudará a los científicos a mejorar su comprensión de la evolución de las galaxias, sus agujeros negros centrales y el universo primitivo.
El Internaional Pulsar Timing Array (IPTA), que reúne el trabajo de varias colaboraciones de astrofísica en todo el mundo, completó recientemente el análisis de búsqueda de Ondas Gravitacionales utilizando su última publicación oficial de datos, conocida como Data Release 2 (DR2). Este conjunto de datos consiste en datos de tiempo de precisión de púlsares de 65 milisegundos, remanentes estelares que giran cientos de veces por segundo, barriendo haces estrechos de ondas de radio que aparecen como pulsos debido al giro. Los datos son el resultado de conjuntos de datos independientes combinados del Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionales (NANOGrav), el Conjunto de Cronometraje de Pulsar Europeo (EPTA) y el Conjunto de Cronometraje de Pulsar de Parkes en Australia (PPTA). Estos son también los tres miembros fundadores de la IPTA.
La colaboración internacional publicó sus hallazgos hoy en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
NANOGrav usó el telescopio del Observatorio de Arecibo de 1,000 pies en Puerto Rico como uno de sus principales instrumentos, observando más de 40 púlsares durante 15 años hasta agosto de 2020, antes del colapso del telescopio. El Observatorio de Arecibo, una instalación de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. administrada por la Universidad Central de la Florida a través de un acuerdo de cooperación, proporcionó el conjunto de datos más confidencial de ondas gravitacionales en IPTA a través de la colaboración con NANOGrav. NANOGrav informó recientemente evidencia potencial de ondas gravitacionales en un informe que incluye 12.5 años de datos.
“Alrededor del 50 % de la sensibilidad de NANOGrav a las Ondas Gravitacionales fue proporcionada por los datos de Arecibo, lo que indica su importancia en este esfuerzo”, dice el Dr. Benetge Perera, científico de la UCF en Arecibo y miembro de NANOGrav y la EPTA. Además, enfatizó: "El IPTA DR2 es uno de los mejores conjuntos de datos de púlsares de milisegundos disponibles actualmente para buscar ondas gravitacionales".
Esta nueva búsqueda incluye una comparación extensa entre conjuntos de datos individuales de las grandes colaboraciones científicas regionales y el conjunto de datos combinado. La búsqueda Ondas Gravitacionales del IPTA DR2 ha revelado una fuerte evidencia de una señal de baja frecuencia detectada por muchos de los púlsares en los datos combinados. Las características de esta señal común entre púlsares concuerdan ampliamente con las que se esperan de un "fondo" de Ondas Gravitacionales (GWB). Este fondo está formado por diferentes señales de Ondas Gravitacionales superpuestas emitidas por la población cósmica de agujeros negros binarios supermasivos (es decir, dos agujeros negros supermasivos que se orbitan entre sí y finalmente se fusionan), de forma análoga al ruido de fondo de las muchas voces superpuestas en una sala llena de gente. Este resultado fortalece aún más la aparición gradual de señales similares que se han encontrado en los conjuntos de datos individuales de las colaboraciones participantes en los últimos años.
“¡Esta es una señal muy emocionante! Aunque todavía no tenemos evidencia definitiva, es posible que estemos comenzando a detectar un fondo de ondas gravitacionales”, dice Siyuan Chen, miembro de EPTA y NANOGrav, y líder de la búsqueda y publicación IPTA DR2. Boris Goncharov de la PPTA advierte sobre las posibles interpretaciones de tales señales comunes. “También estamos investigando qué otra cosa podría ser esta señal”, dice Goncharov. "Por ejemplo, tal vez podría deberse al ruido que está presente en los datos de púlsares individuales que pueden haber sido modelados incorrectamente en nuestros análisis".
Para identificar el GWB como el origen de la señal de baja frecuencia, el IPTA también debe detectar correlaciones espaciales entre púlsares; esto significa que cada par de púlsares debe responder de una manera muy particular a las Ondas Gravitacionales, dependiendo de su separación en el cielo. Estas correlaciones de firmas entre pares de púlsares son la "pistola humeante" para una detección de GWB; sin ellas, es difícil probar que algún otro proceso no es responsable de la señal. Curiosamente, la primera indicación de un GWB sería una señal común como la que se ve en el IPTA DR2. Si esta señal de baja frecuencia espectralmente similar está o no correlacionada entre púlsares de acuerdo con las predicciones teóricas para un fondo de ondas gravitacionales se resolverá con más recopilación de datos, conjuntos ampliados de púlsares monitoreados y búsquedas continuas de los datos resultantes cada vez más grandes. conjuntos
Señales consistentes como la observada con el análisis IPTA también se han publicado en conjuntos de datos individuales más recientes que los utilizados en IPTA DR2, de los tres grupos que forman parte del proyecto. El análisis DR2 de IPTA demuestra el poder de la recopilación de datos internacionales y brinda evidencia sólida para una GWB en comparación con la evidencia marginal o ausente de los conjuntos de datos constituyentes. Además, los nuevos datos del telescopio MeerKAT en Sudáfrica y del Indian Pulsar Timing Array (InPTA), el miembro más nuevo de IPTA, ampliarán aún más los conjuntos de datos futuros.
“El primer indicio de un GWB sería una señal como la que se ve en el IPTA DR2. Luego, con más datos, la señal se volverá más significativa y mostrará correlaciones espaciales, momento en el cual sabremos que es un GWB. Tenemos muchas ganas de contribuir con varios años de nuevos datos a IPTA por primera vez, para ayudar a lograr una detección de GWB”, dice Bhal Chandra Joshi, miembro de InPTA.
Dados los últimos resultados publicados de los grupos individuales que ahora todos pueden recuperar claramente la señal común, IPTA es optimista sobre lo que se puede lograr una vez que estos se combinen en el IPTA Data Release 3. Ya se está trabajando en este nuevo lanzamiento de datos, que como mínimo incluirá conjuntos de datos actualizados de los cuatro PTA constituyentes de la IPTA. Esperamos que el análisis del conjunto de datos DR3 esté terminado en los próximos años.
“Si la señal que estamos viendo actualmente es el primer indicio de un GWB, entonces, según nuestras simulaciones, es posible que tengamos mediciones más definidas de las correlaciones espaciales necesarias para identificar de manera concluyente el origen de la señal común en un futuro cercano.” dice Maura McLaughlin de la colaboración NANOGrav.
“A pesar de perder el telescopio de Arecibo en 2020, los datos recopilados antes de su colapso seguirán siendo invaluables en la búsqueda de Ondas Gravitacionales y GWB”, dice Perera. “Esperamos continuar brindando recursos a medida que desentrañamos los secretos de nuestro universo”.