29.06.2023 - 08:47
|
Actualització: 02.07.2023 - 22:56
The Washington Post · Joel Achenbach i Victoria Jaggard
L’estructura de l’univers s’agita i s’arruga constantment al nostre voltant, segons diversos equips internacionals de científics que han trobat proves convincents de les ones de l’espai-temps, teoritzades de fa molt temps.
L’afirmació que els telescopis de tot el planeta han observat senyals d’un “fons d’ones gravitacionals” ha causat un gran entusiasme en la comunitat astrofísica, que ha esperat amb impaciència els treballs que es van presentar ahir. El descobriment sembla confirmar una implicació sorprenent de la teoria general de la relativitat d’Albert Einstein que fins ara havia estat massa subtil perquè es detectés.
En l’univers reinventat per Einstein, l’espai no és tranquil·lament buit i el temps no avança suaument. Les poderoses interaccions gravitacionals d’objectes massius, incloent-hi els forats negres supermassius, remouen regularment l’estructura de l’espai i el temps. La imatge que apareix és la d’un univers que sembla una mar enarborada, moguda per esdeveniments violents que han esdevingut al llarg dels més de tretze mil milions d’anys passats.
El fons d’ones gravitacionals, tal com el descriuen els astrofísics, no té cap impacte directe en l’existència quotidiana de les persones. No hi ha cap descobriment que incideixi en la pèrdua de pes, i la remor d’ones gravitacionals no pot explicar per què algunes vegades ens sentim desorientats. Però sí que ofereix una visió possible de la realitat física que tots compartim.
“Allò que mesurem és que la Terra es mou en aquesta mar. Es va movent, i no tan sols amunt i avall, sinó en totes les direccions”, diu Michael Lam, astrofísic de l’Institut SETI i membre de l’Observatori Nord-americà de Nanohertz per a Ones Gravitacionals (NANOGrav), un equip que té la seva base principal a Amèrica del Nord. L’equip NANOGrav ha publicat els resultats en cinc treballs que van aparèixer ahir a l’Astrophysical Journal Letters.
Equips d’Europa, l’Índia, Austràlia i la Xina també han observat el fenomen i van presentar els estudis respectius al mateix temps. Si es van poder publicar alhora treballs de grups competidors i de llocs llunyans, que fan servir una metodologia similar, va ser per una certa diplomàcia científica que va garantir que cap grup no intentés d’avançar-se a la resta.
“Durant aquests darrers quinze anys, hem treballat per trobar un sospir de baixa freqüència d’ones gravitacionals que ressoni a tot l’univers i travessi la nostra galàxia tot deformant l’espai-temps d’una manera mesurable”, va dir Stephen Taylor, president de NANOGrav i professor de la Universitat Vanderbilt, en una conferència de premsa dimarts. “Estem molt contents d’anunciar que el nostre treball ha donat els seus fruits.”
Descobriment a partir d’estels morts
Aquesta fita es basa en descobriments anteriors d’objectes invisibles a simple vista a l’univers: els púlsars. Un púlsar és un tipus d’estrella de neutrons, el romanent ultradens d’una estrella morta. S’anomena púlsar perquè gira ràpidament, amb centenars de revolucions per segon, i emet ones de ràdio en un pols constant. Els púlsars es van descobrir només a la dècada de 1960, poc després de la invenció dels grans radiotelescopis.
NANOGrav va recopilar dades de 68 púlsars amb el Telescopi Green Bank a la zona rural de Virgínia Occidental, els 27 telescopis del Karl G. Jansky Very Large Arrayal a Nou Mèxic i l’Observatori d’Arecibo, que ja no està en funcionament, a Puerto Rico.
Els impulsos d’aquests objectes estranys arriben als telescopis de la Terra amb freqüències tan previsibles que serveixen com a rellotges còsmics, gairebé tan precisos com els rellotges atòmics més avançats d’avui dia, segons Chiara Mingarelli, astrofísica de Yale i membre de l’equip NANOGrav.
Els teòrics creien que les ones gravitacionals de baixa freqüència podrien desviar l’arribada dels senyals dels púlsars. Aquestes ones de baixa freqüència poden tenir crestes separades per anys, de manera que la cerca d’augments subtils a la mar de l’espai-temps requereix paciència. La desviació en les dades dels púlsars és tan petita que va requerir quinze anys d’observacions per obtenir proves sòlides d’aquestes ones gravitacionals, segons Mingarelli.
L’equip NANOGrav ja havia publicat informes amb suggeriments preliminars de l’existència d’aquest fons, però havia dit que calia més temps per a augmentar la confiança que el senyal era real i no tan sols soroll i prou. “Fins i tot, el fet d’idear l’experiment va ser un gran salt mental”, diu Mingarelli.
L’existència d’ones gravitacionals no es qüestiona pas. El 2016, els científics van anunciar que el seu ambiciós experiment de quatre dècades anomenat LIGO (de Laser Interferometer Gravitational–Wave Observatory) havia detectat ones de la fusió de dos forats negres. Però les ones anunciades ara no són fenòmens puntuals i els teòrics reflexionen sobre les explicacions possibles de per què la mar còsmica es comporta d’aquesta manera.
Els forats negres supermassius són l’explicació preferida
La majoria de les galàxies alberguen forats negres supermassius prop de la seva regió central. Aquests forats negres són, sens dubte, “supermassius”: normalment tenen una massa equivalent a milions, o fins i tot mil milions, de vegades la del Sol. En canvi, els forats negres de “massa estel·lar” són petits, amb masses equivalents a 10, 20 o 30 vegades la del Sol.
Les galàxies rarament col·lideixen, però l’univers és immens, hi ha mil milions de galàxies i han tingut prou temps per a acostar-se les unes a les altres. Durant una trobada galàctica, segons els teòrics, els forats negres supermassius dels nuclis de les dues galàxies començaran una dansa gravitatòria. Poden orbitar l’un al voltant de l’altre durant milions d’anys, segons Lam. Aquesta parella es coneix com a forat negre binari supermassiu.
La dansa giratòria pertorba prou l’estructura de l’espai-temps per generar ones gravitacionals de molt baixa freqüència que viatgen per l’univers a la velocitat de la llum, segons creuen els científics. Amb el temps, l’energia es dissipa de la festa de la dansa, per dir-ho d’alguna manera, i els forats negres supermassius s’acosten l’un a l’altre, el seu període orbital es redueix fins a unes poques dècades. En aquest punt, les longituds d’ona comencen a arribar a les freqüències detectables per NANOGrav, segons que diu Lam.
“Així que en aquest punt de les nostres mesures, no podem afirmar definitivament quines fonts produeixen el senyal del fons d’ones gravitacionals”, va explicar Luke Kelley, membre de l’equip NANOGrav i astrofísic de la Universitat de Califòrnia a Berkeley, en la conferència de premsa de dimarts. No obstant això, va afegir que les dades eren una coincidència convincent amb les prediccions teòriques.
Els teòrics es “diverteixen” proposant altres possibles fonts per al senyal de baixa freqüència, va afegir. Però “si no prové dels forats negres binaris supermassius, hauríem de trobar una explicació d’on s’amaguen aquests forats negres supermassius i per què no en veiem les ones gravitacionals”.
Una nova era astronòmica
Sigui quina sigui la font del senyal, l’anunci del fons d’ones gravitacionals representa una fita en el camp embrionari de l’astronomia d’ones gravitacionals.
Així com alguns astrònoms utilitzen diferents longituds d’ona de llum per explorar el cosmos, ara poden buscar diferents tipus d’ones gravitacionals. Les ones de baixa freqüència anunciades dimecres no serien detectables per LIGO, i també passa a l’inrevés: NANOGrav i altres esforços similars que fan servir púlsars no podrien detectar el tipus d’ones d’alta freqüència procedents de les fusions de forats negres de massa estel·lar, tan violents i inimaginables, que són observades per LIGO.
Lam va explicar que ara l’objectiu és relacionar ones gravitacionals específiques amb forats negres binaris supermassius detectats mitjançant formes més tradicionals d’astronomia. En altres paraules, en comptes de dir simplement que anem recollint senyals d’una gran quantitat d’ones, els astrònoms podrien dir que una ona en concret prové d’un lloc determinat.
L’anunci recorda una altra fita en la història de la cosmologia. El 1965, dos físics de Bell Labs van informar que havien detectat el senyal d’una qüestió que ja s’havia teoritzat: la radiació de fons de microones còsmica. Aquesta resplendor residual va proporcionar una mostra fonamental que va confirmar que l’univers havia estat creat pel Big Bang.
Maura McLaughlin, codirectora del Centre de Fronteres de la Física de NANOGrav, va dir dimarts que el pròxim pas serà que els equips internacionals combinin les seves dades independents en un “conjunt de dades d’elit” que hauria de mostrar un senyal encara més clar del fons d’ones gravitacionals, i potser fins i tot la primera detecció d’un forat negre binari supermassiu. “Anem obrint una finestra totalment nova a l’univers de les ones gravitacionals”, va dir.
El treball, segons ella, hauria de proporcionar una comprensió més profunda de com es formen i evolucionen les galàxies. I potser fins i tot revelarà una nova física exòtica que alteraria la nostra comprensió fonamental del cosmos: “Seria molt, molt emocionant”.
