La primera detección de ondas gravitacionales (que tuvo lugar en septiembre de 2015) desencadenó una revolución en la astronomía. Este evento no solo confirmó una teoría predicha por la Teoría de la relatividad general de Einstein un siglo antes, sino que también marcó el comienzo de una nueva era en la que las fusiones de agujeros negros distantes, supernovas y estrellas de neutrones podrían estudiarse al examinar sus ondas resultantes.
Además, los científicos han teorizado que las fusiones de agujeros negros podrían ser mucho más comunes de lo que se pensaba anteriormente. Según un nuevo estudio realizado por un par de investigadores de la Universidad de Monash, estas fusiones ocurren una vez cada pocos minutos. Al escuchar el ruido de fondo del Universo, afirman, podríamos encontrar evidencia de miles de eventos previamente no detectados.
Su estudio, titulado "Búsqueda óptima para un fondo astrofísico de ondas gravitacionales", apareció recientemente en la revista Revisión Física X. El estudio fue realizado por Rory Smith y Eric Thrane, profesor titular e investigador de la Universidad de Monash, respectivamente. Ambos investigadores también son miembros del Centro de excelencia ARC para el descubrimiento de ondas gravitacionales (OzGrav).
Como afirman en su estudio, cada 2 a 10 minutos, un par de agujeros negros de masa estelar se fusionan en algún lugar del Universo. Una pequeña fracción de estos son lo suficientemente grandes como para que el evento de onda gravitacional resultante pueda ser detectado por instrumentos avanzados como el Observatorio de onda gravitacional del interferómetro láser y el observatorio Virgo. El resto, sin embargo, contribuye a una especie de ruido de fondo estocástico.
Al medir este ruido, los científicos pueden estudiar mucho más en cuanto a los eventos y aprender mucho más sobre las ondas gravitacionales. Como explicó el Dr. Thrane en un comunicado de prensa de la Universidad de Monash:
“La medición del fondo de ondas gravitacionales nos permitirá estudiar poblaciones de agujeros negros a grandes distancias. Algún día, la técnica puede permitirnos ver ondas gravitacionales del Big Bang, ocultas detrás de las ondas gravitacionales de los agujeros negros y las estrellas de neutrones ".
Los doctores Smith y Thrane no son aficionados cuando se trata del estudio de las ondas gravitacionales. El año pasado, ambos estuvieron involucrados en un gran avance, donde los investigadores de LIGO Scientific Collaboration (LSC) y Virgo Collaboration midieron las ondas gravitacionales de un par de estrellas de neutrones fusionadas. Esta fue la primera vez que se observó una fusión de estrellas de neutrones (también conocida como kilonova) tanto en ondas gravitacionales como en luz visible.
La pareja también formó parte del equipo avanzado de LIGO que realizó la primera detección de ondas gravitacionales en septiembre de 2015. Hasta la fecha, LIGO y Virgo Collaborations han confirmado seis eventos de ondas gravitacionales confirmados. Pero según los doctores Thrane y Smith, podría haber hasta 100,000 eventos cada año que estos detectores simplemente no están equipados para manejar.
Estas ondas son las que se unen para crear un fondo de ondas gravitacionales; y aunque los eventos individuales son demasiado sutiles para ser detectados, los investigadores han intentado desarrollar un método para detectar el ruido general durante años. Confiando en una combinación de simulaciones por computadora de débiles señales de agujeros negros y masas de datos de eventos conocidos, los Dres. Thrane y Smith afirman haber hecho exactamente eso.
A partir de esto, el par pudo producir una señal dentro de los datos simulados que creen que es evidencia de fusiones débiles de agujeros negros. Mirando hacia el futuro, los doctores Thrane y Smith esperan aplicar su nuevo método a datos reales, y están optimistas de que arrojará resultados. Los investigadores también tendrán acceso a la nueva supercomputadora OzSTAR, que se instaló el mes pasado en la Universidad de Tecnología de Swinburne para ayudar a los científicos a buscar ondas gravitacionales en los datos LIGO.
Esta computadora es diferente de las utilizadas por la comunidad LIGO, que incluye las supercomputadoras de CalTech y MIT. En lugar de depender de unidades de procesamiento central (CPU) más tradicionales, OzGrav utiliza unidades de procesador gráfico, que pueden ser cientos de veces más rápidas para algunas aplicaciones. Según el profesor Matthew Bailes, director de la supercomputadora OzGRav:
"Es 125,000 veces más potente que la primera supercomputadora que construí en la institución en 1998 ... Al aprovechar el poder de las GPU, OzStar tiene el potencial de hacer grandes descubrimientos en astronomía de ondas gravitacionales".
Lo que ha sido especialmente impresionante sobre el estudio de las ondas gravitacionales es cómo ha progresado tan rápido. Desde la detección inicial en 2015, los científicos de Advanced LIGO y Virgo han confirmado seis eventos diferentes y anticipan detectar muchos más. Además de eso, los astrofísicos incluso están ideando formas de usar ondas gravitacionales para aprender más sobre los fenómenos astronómicos que las causan.
Todo esto fue posible gracias a las mejoras en la instrumentación y la creciente colaboración entre observatorios. Y con métodos más sofisticados diseñados para filtrar datos de archivo en busca de señales adicionales y ruido de fondo, podemos aprender mucho más sobre esta misteriosa fuerza cósmica.
