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Ondas gravitacionales podrían revelar la velocidad de expansión del universo

Colision de estrellas de neutrones
Foto: Flickr/kevinmgill

miércoles 24 de octubre de 2018

Científicos creen haber descubierto un nuevo método para precisar qué tan rápido se está expandiendo nuestro universo.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Chicago descubrió que estudiar las ondas gravitacionales emitidas por colisiones cósmicas podría conducir a predicciones más resueltas sobre la rapidez con que el universo se expande.

Los científicos dicen que con este método podrían tener una «medida precisa» de la tasa de expansión del universo en aproximadamente cinco a diez años.

Anteriormente, investigadores se basaban en una variedad de métodos para probar la tasa de expansión exacta del universo, también conocida como la constante de Hubble, que se desarrolló por primera vez en 1929 y lleva el nombre del famoso astrónomo Edwin Hubble. Ellos han acoplado la constante de Hubble con otras metodologías, como medir las diferencias de brillo entre estrellas variables y supernovas, para estimar qué tan rápido se está expandiendo el universo.

Otro método consiste en examinar el fondo cósmico de microondas, o el pulso de luz creado al comienzo del universo.

Sin embargo, al igual que el método mencionado anteriormente, tiende a “escupir resultados angustiosamente diferentes”, ya que uno dice que el universo se está expandiendo casi un 10 por ciento más rápido que el otro, explicaron los investigadores. «Esta es una pregunta importante en cosmología en este momento», dijo Hsin-Yu Chen, autor principal del estudio.

Detectar la velocidad exacta de expansión del universo podría consistir en estudiar una colisión revolucionaria entre dos estrellas de neutrones, observada por primera vez en 2017.

En un nuevo artículo publicado en la revista científica Nature, los científicos de la Universidad de Chicago dicen que la colisión podría ser una nueva forma de calcular la constante de Hubble. La colisión, observada por primera vez el 17 de agosto de 2017, marcó la primera detección en el mundo de dos estrellas de neutrones lejanas colisionando, causando una explosión masiva que se extendió a través del espacio y el tiempo.

Ligo, el observatorio de ondas gravitacionales más grande del mundo, captó las ondas gravitacionales emitidas por la explosión, la cual ocurrió a unos 130 millones de años luz de distancia, pero dada la rapidez con que los investigadores observaron la colisión de la estrella, podría darles una «medición muy precisa» de la constante de Hubble en los próximos cinco a diez años, según el estudio.

Las ondas gravitacionales, o las ondulaciones a través del espacio-tiempo predicho por Albert Einstein hace un siglo, podrían ser la clave para determinar una constante de Hubble más precisa.

«Cuando dos estrellas masivas chocan entre sí, envían ondas en el tejido del espacio-tiempo que se pueden detectar en la Tierra. Al medir esa señal, los científicos pueden obtener una firma de la masa y la energía de las estrellas en colisión. Cuando comparan esta lectura con la fuerza de las ondas gravitacionales, pueden inferir qué tan lejos está», dijo la Universidad de Chicago.

Los científicos dicen que medir las ondas gravitacionales podrían servir como una forma «más limpia» de inferir qué tan rápido se está expandiendo el universo. Sin embargo, existe la preocupación de la frecuencia con la que los científicos podrían atrapar estas colisiones cósmicas y cuán sólidos serían los datos de ellos.

Predicen que una vez que hayan detectado 25 lecturas de colisiones de estrellas de neutrones, podrán medir la expansión del universo con una sorprendente tasa de precisión del 3 por ciento. Con 200 lecturas, eso se reduce aún más al 1 por ciento, según la Universidad de Chicago.

«Fue una gran sorpresa para mí cuando nos metimos en las simulaciones. Estaba claro que podíamos alcanzar la precisión y que podíamos alcanzarla rápidamente», dijo Chen.

Las mejoras planificadas para Ligo deben significar que las sensibilidades de los detectores serán mucho más fuertes. Esto podría potencialmente llevar a la cantidad y la distancia de los «eventos astronómicos» que pueden recoger y que los científicos pueden usar para afirmar su hipótesis sobre qué tan rápido se está expandiendo el universo.

«Con la colisión que vimos el año pasado, tuvimos suerte, fue muy cerca de nosotros, por lo que fue relativamente fácil de encontrar y analizar. Las detecciones futuras estarán mucho más lejos, pero una vez que tengamos la próxima generación de telescopios, también podremos encontrar contrapartes para estas detecciones distantes», dijo Maya Fishbach, coautora del artículo.

De este modo, se espera que estudiar las colisiones de estrellas de neutrones ayude a entender que tan rápido se expande el cosmos.

¿Qué son las estrellas de neutrones?

Las estrellas de neutrones son los restos de una estrella que una vez fue masiva y que explotó como una poderosa supernova al final de su vida natural.

A menudo giran muy rápido y pueden enviar pulsos regulares de radiación hacia la Tierra.

Estos ‘púlsares’ se pueden encontrar en parejas estelares, y la fuerza de ambas estrellas de neutrones hace que giren rápidamente, «jalándose» una hacia la otra. Esto causa que los impulsos de rayos X de alta energía provenientes del gas caliente se canalicen hacia los campos magnéticos hacia la estrella de neutrones, que terminan por colisionar y causar una explosión.

 

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