&bala; Física 15, 34
Gracias a una nueva técnica de análisis, las mediciones precisas de la distancia entre la Tierra y la Luna deberían mejorar las estimaciones de la magnitud del fondo de ondas gravitacionales.
El aluvión de todas las ondas gravitacionales que golpean constantemente la Tierra en el rango de frecuencia de microhercios, aproximadamente un pulso cada pocas semanas, se puede detectar midiendo sus efectos precisos en el sistema Tierra-Luna. Al explotar esta idea de décadas de antigüedad, los investigadores ahora han demostrado que los últimos datos de telémetro láser se pueden usar para poner un límite superior mucho más pequeño en el poder potencial de estas ondas, en comparación con estimaciones anteriores. [1, 2]. Esta tecnología promete una nueva y poderosa forma de sondear las ondas gravitacionales utilizando sistemas orbitales naturales como detectores sensibles.
Las ondas gravitacionales pueden proporcionar información sobre algunos de los eventos más violentos del universo, desde fusiones de agujeros negros hasta el Big Bang, pero los detectores actuales tienen un punto ciego entre dos bandas de frecuencia diferentes. La colaboración LIGO-Virgo-KAGRA, basada en interferómetros láser ubicados en EE. UU., Europa y Japón, puede detectar ondas con frecuencias en el rango de 1 a 1000 Hz. Otro esquema de detección utiliza señales periódicas de púlsares para detectar ondas gravitacionales a nanohercios (nHz), que corresponden a un pulso cada pocos años. Entonces, hay una gran brecha para las ondas en microhercios ( ), que puede ser creado, por ejemplo, por pares binarios de agujeros negros supermasivos en las últimas etapas de orbitar entre sí antes de fusionarse.
“Nuestro objetivo es cerrar esa brecha”, dice Alexander Jenkins del University College London. La idea es medir cómo [the waves] afectar las órbitas de los sistemas binarios, incluido el sistema Tierra-Luna «. Jenkins dice que muchos investigadores han ayudado a desarrollar esta idea desde la década de 1970. En el caso más simple, una onda gravitacional continua de la misma frecuencia que el movimiento orbital, por ejemplo, puede empujar objetos cerca A través de este fenómeno de resonancia, la órbita cambiará con el tiempo de una manera que refleja las características de la onda.
Blass y AC Jenkins
En 2013, Lam Hui de la Universidad de Columbia y sus colegas demostraron que las ondas gravitacionales en El rango de frecuencia Hz puede tener un efecto medible en los sistemas binarios [3]. Demostraron teóricamente que el fondo continuo de una gran cantidad de tales ondas provenientes de todas las direcciones debería hacer que el período y otros parámetros orbitales pasaran en una caminata aleatoria y, por lo tanto, cambiaran gradualmente con el tiempo. La tasa de cambio reflejará la fuerza de las olas predominantes.
Usando datos de un púlsar binario, un par de púlsares que orbitan a su alrededor y emiten señales periódicas, Hoy y sus colegas obtuvieron un límite superior de la fuerza potencial de las ondas gravitacionales en brecha. Ahora, Jenkins y Diego Blas, de la Universidad Autónoma de Barcelona, España, se han duplicado en este trabajo, demostrando que la precisión de los datos actuales sobre el sistema Tierra-Luna debería permitir a los investigadores derivar un límite superior mucho más pequeño que ese. derivado de Hue y colegas.
Jenkins y Blass se basaron en trabajos anteriores para desarrollar formalismos matemáticos, así como métodos numéricos, para seguir la evolución aleatoria del movimiento orbital de cualquier sistema binario sujeto al fondo de ondas gravitacionales. [1]. Estas técnicas matemáticas les permitieron establecer un vínculo más preciso entre los cambios orbitales y la naturaleza de las ondas gravitacionales que los impulsan. «Nuestro formalismo brinda una forma más completa y rigurosa de calcular todos los efectos que un fondo de ondas gravitacionales podría tener en un sistema binario dado», dice Jenkins.
En un artículo complementario, los investigadores utilizaron estos métodos para sugerir un camino para reducir el límite de la fuerza del fondo de ondas gravitacionales en el «punto ciego» actual. [2]. Argumentan que esto se puede hacer utilizando mediciones del alcance del láser de la Luna para determinar cambios mínimos en la órbita de la Tierra y la Luna y luego compararlos con las predicciones teóricas. Los resultados, según sus estimaciones, deberían mejorar en más de 100 veces el conocimiento de los investigadores sobre la amplitud potencial de estas ondas.
«Esta es una forma nueva y emocionante de ver las ondas gravitacionales», dice el físico de agujeros negros Vitor Cardoso del Instituto Ultratécnico de Lisboa, Portugal. «La idea es simple, pero requiere cálculos difíciles para implementar y demostrar que funciona». Además, este enfoque alternativo del descubrimiento puede revelar fuentes inesperadas de ondas gravitacionales, dice. Podríamos encontrar que «el universo está lleno de un contenido misterioso de ondas gravitacionales».
Con respecto a los próximos pasos, Jenkins cree que se necesita más trabajo teórico. Por ejemplo, «no son solo sistemas binarios individuales, también necesitamos ver cómo responden las galaxias enteras a las ondas gravitacionales», dice.
-Mark Buchanan
Marc Buchanan es un escritor científico independiente que divide su tiempo entre Abergavenny, Reino Unido, y Notre Dame de Coursons, Francia.
referencias
- Blass y AC Jenkins, «Detección de ondas gravitacionales estocásticas por resonancia binaria», física Reverendo Dr. 105064021 (2022).
- Blass y AC Jenkins, «Uniendo los Brecha de Hertz en una escena de ondas gravitacionales con resonancia binaria. física Reverendo Litt. 128101103 (2022).
- l hoi et al.Sistemas binarios como detectores resonantes de ondas gravitacionales. física Reverendo Dr. 87084009 (2013).
