Astrofísicos proponen un nuevo método para medir la expansión cósmica: ondas gravitacionales lenticulares
(Noticias de Nanwerk) el universo se está expandiendo. Tenemos evidencia de esto desde hace casi un siglo. Pero la rapidez con la que los cuerpos celestes se alejan unos de otros sigue siendo un tema de debate.
No es fácil medir la velocidad a la que los objetos se alejan unos de otros a lo largo de grandes distancias. Desde el descubrimiento de la expansión cósmica, su tasa se ha medido y vuelto a medir con precisión creciente, con algunos valores recientes que van desde 67,4 a 76,5 kilómetros por segundo por megaparsec, lo que relaciona la velocidad de estancamiento (en kilómetros por segundo) con la distancia ( en megaparsecs).
La discrepancia entre las diferentes mediciones de la expansión cósmica se denomina «tensión de Hubble». Algunos lo han descrito como una crisis en la cosmología. Pero para el astrofísico teórico de la Universidad de California en Santa Bárbara, Tejaswe Venomadhav Nirella, y sus colegas del Instituto Tata de Investigación Fundamental en Bangalore, India, y el Centro Interuniversitario de Astronomía y Astrofísica en Pune, India, este es un momento emocionante.
Desde la primera detección de ondas gravitacionales en 2015, los detectores han mejorado mucho y están preparados para producir una gran cantidad de señales en los próximos años. Nerella y sus colegas han encontrado una manera de usar estas señales para medir la expansión del universo y pueden ayudar a resolver la controversia de una vez por todas. dijo Nirella, coautora de un artículo de investigación publicado en Cartas de revisión física («Cosmología usando ondas gravitacionales de lente fuerte de agujeros negros binarios»).
Las mediciones de la tasa de expansión cósmica se reducen a velocidad y distancia. Los astrónomos usan dos tipos de métodos para medir distancias: Primero, comienzan con objetos de longitud conocida («reglas estándar») y observan qué tan grandes aparecen en el cielo. Estas «cosas» son características de la radiación cósmica de fondo o de la distribución de las galaxias en el universo.
Una segunda clase de métodos comienza con objetos de luminosidad conocida («velas estándar») y mide sus distancias a la Tierra utilizando su brillo aparente. Estas distancias se correlacionan con las distancias de los objetos brillantes distantes, etc., creando una serie de tablas de medición a menudo llamadas «escalera de distancia cosmológica». Por cierto, las propias ondas gravitacionales también pueden ayudar a medir la expansión cósmica, ya que la energía liberada por la colisión de estrellas de neutrones o agujeros negros se puede utilizar para estimar la distancia a estos objetos.
El método propuesto por Nirella y sus colegas pertenece a la segunda categoría pero utiliza lentes gravitacionales. Este fenómeno ocurre cuando los objetos masivos deforman el espacio-tiempo, doblando ondas de todo tipo que viajan cerca de los objetos. En casos raros, la lente puede producir múltiples copias de la misma señal de onda gravitacional que llega a la Tierra en diferentes momentos: los retrasos entre las señales para una combinación de múltiples eventos fotografiados se pueden usar para calcular la tasa de expansión del universo, según los investigadores. .
«Entendemos muy bien cuán sensibles son los detectores de ondas gravitacionales, y no hay fuentes astrofísicas de confusión, por lo que podemos comprender adecuadamente lo que entra en nuestro catálogo de eventos», dijo Nirella. «El nuevo método tiene fuentes de error que son complementarias a las de los métodos existentes, lo que lo convierte en un buen diferenciador».
Las fuentes de estas señales serían agujeros negros binarios: sistemas de dos agujeros negros que se orbitan entre sí y finalmente se fusionan, liberando enormes cantidades de energía en forma de ondas gravitacionales. Todavía no hemos detectado ejemplos de lentes potentes de estas señales, pero se espera que la próxima generación de detectores terrestres tenga el nivel de sensibilidad necesario.
«Esperamos la primera observación de ondas gravitacionales lenticulares en los próximos años», dijo el coautor del estudio Parameswaran Ajith. Además, estos futuros detectores deberían poder ver más en el espacio y detectar señales más débiles.
Los autores esperan que estos detectores avanzados comiencen su búsqueda de agujeros negros fusionados en la próxima década. Esperan registrar señales de unos pocos millones de pares de agujeros negros, una pequeña fracción (alrededor de 10.000) que aparecerá varias veces en el mismo detector debido a la lente gravitacional. La distribución de retrasos entre estas características repetitivas codifica la tasa de expansión del Hubble.
Según el autor principal, Sofik Jana, a diferencia de otros métodos de medición, este método no depende de conocer las ubicaciones o distancias exactas de estos agujeros negros binarios. La única condición es la identificación precisa de un número suficientemente grande de estas señales lenticulares. Los investigadores agregan que las observaciones de las ondas gravitatorias de lentes podrían proporcionar pistas para otras preguntas cosmológicas, como la naturaleza de la materia oscura invisible que constituye gran parte del contenido de energía del universo.
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