Las ondas gravitacionales podrían revelar cómo nació el Universo

Los científicos han avanzado en el descubrimiento de cómo usar ondas gravitacionales para mirar hacia atrás en el tiempo, hasta el comienzo de todo lo que conocemos. Los investigadores dicen que pueden comprender mejor el estado del cosmos poco después del Big Bang, al aprender cómo fluyen estas ondas en el tejido del Universo, a través de los planetas y el gas ubicado entre las galaxias. Al mismo tiempo, el hallazgo de un nuevo tipo de ondas gravitacionales continuas podría arrojar luz sobre los misterios más profundos del cosmos.

Una nueva investigación realizada por dos especialistas del Laboratorio de Física de Plasma de la Universidad de Princeton (PPPL), en Estados Unidos, desarrolla un nuevo método para avanzar en el uso de las ondas gravitacionales como “ventanas” hacia los primeros momentos del cosmos. Según el nuevo estudio, publicado en Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, las ondas gravitacionales podrían ser la llave para comprender cómo se encontraba el Universo poco después del Big Bang o estallido inicial.

Las estrellas de neutrones son como bombones de chocolate cósmicos

Perturbaciones que revelan el pasado

Una onda gravitatoria o gravitacional es una perturbación del espacio-tiempo producida por un cuerpo masivo acelerado. Esta perturbación gravitatoria se transmite a la velocidad de la luz, y fue predicha por Albert Einstein en su Teoría de la Relatividad General. La primera observación directa de ondas gravitacionales se logró el 14 de septiembre de 2015, en el marco de los experimentos LIGO y Virgo.

Ahora, Deepen Garg e Ilya Dodin sostienen en su investigación que aunque no es posible apreciar el Universo primitivo directamente, sí se puede acceder a un “vistazo” de esos momento iniciales al observar cómo las ondas gravitacionales de esa época afectaron la materia y la radiación que podemos apreciar hoy. Dichas observaciones indirectas podrían ser suficientes para que la ciencia revele muchos de los enigmas relacionados con el origen del cosmos.

Ondas de plasma y ondas gravitacionales

Los científicos estadounidenses adaptaron el enfoque de su investigación a la energía de fusión, el proceso que alimenta al Sol y las estrellas que actualmente se está intentando utilizar para producir energía limpia. Como en estos procesos es posible calcular cómo se mueven las ondas electromagnéticas a través del plasma, una “sopa” de electrones y núcleos atómicos que alimenta a las instalaciones de fusión, existe una semejanza con el movimiento de las ondas gravitacionales a través de la materia. En consecuencia, los investigadores creen que es posible utilizar a las ondas de plasma para estudiar problemas relativos a las ondas gravitacionales.

De acuerdo a una nota de prensa, las fórmulas creadas por los científicos podrían desarrollar las condiciones necesarias para que las ondas gravitacionales revelen propiedades ocultas sobre los cuerpos celestes, como por ejemplo en torno a las estrellas más antiguas, que se encuentran a muchos años luz de distancia. A medida que las ondas gravitacionales fluyen a través de la materia, crean luz: las características de estas emisiones dependen de la densidad de la materia.

Al analizar esa luz, sería posible descubrir propiedades sobre una estrella a millones de años luz de distancia, accediendo a información hoy inaccesible sobre las primeras estrellas. Esta técnica también podría conducir a descubrimientos sobre la colisión de estrellas de neutrones y agujeros negros e incluso revelar información sobre lo que estaba sucediendo durante el Big Bang y los primeros momentos de nuestro Universo.

Tras los misterios de las estrellas de neutrones

En tanto, otro estudio realizado por investigadores del Instituto de Tecnología de Rochester (RIT), también en Estados Unidos, ha avanzado en la detección de ondas gravitacionales continuas, un tipo específico de ondas gravitacionales que hasta el momento no ha podido identificarse. Son producidas por objetos como las estrellas de neutrones, que giran cientos de veces por segundo y generan ondas gravitacionales más débiles pero regulares.

Con ese objetivo, están observando de cerca a Scorpius X-1, una estrella de neutrones en una órbita binaria, acompañada por una estrella de baja masa y ubicada a 9.000 años luz de distancia de la Tierra. Scorpius X-1 es una de las fuentes más prometedoras para detectar estas ondas gravitacionales continuas, según sostienen los investigadores en un artículo científico publicado en The Astrophysical Journal Letters.

Esta búsqueda, que según una nota de prensa es la más sensible hasta la fecha en el campo de las ondas gravitacionales continuas, podría derivar en la obtención de información vital sobre el origen y las características de las estrellas de neutrones: la detección de estas ondas permitirá a los científicos acercarse al “corazón” de una estrella de neutrones y desentrañar sus misterios, revelando de esta forma algunos de los enigmas más profundos del cosmos.

Referencias

Gravitational wave modes in matter. Deepen Garg and I.Y. Dodin. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2022). DOI:https://doi.org/10.1088/1475-7516/2022/08/017

Model-based Cross-correlation Search for Gravitational Waves from the Low-mass X-Ray Binary Scorpius X-1 in LIGO O3 Data. R. Abbott et al. The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI:https://doi.org/10.3847/2041-8213/aca1b0