Físico colombiano, parte del descubrimiento de ondas gravitacionales de baja frecuencia

Las ondas gravitacionales se pueden entender de alguna forma como repliegues del espacio-tiempo que se propagan a la velocidad de la luz. Un tipo de radiación diferente a la electromagnética o a las ondas mecánicas del sonido, porque es todo en el espacio lo que se distorsiona por la influencia de estas ondas que atraviesan la galaxia, incluso nosotros mismos, aunque no lo percibamos.

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Por décadas, los científicos han teorizado que estas ondas viajan en diferentes frecuencias y el primer hallazgo de ellas por la colaboración Ligo (el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser), en 2015, demostró su existencia proveniente de fuentes muy puntuales, según detalla Alexander Bonilla.

Licenciado en Física de la Universidad Pedagógica Nacional de Colombia, con una maestría en Astrofísica de la Universidad de Valparaíso (Chile) y un doctorado en Física de la Universidad Federal de Juiz de Fora (Brasil), Bonilla Rivera es uno de los 190 científicos del mundo que forman parte de la colaboración NANOGrav, como profesor en la Universidad El Bosque y Posdoctorado del Observatorio Nacional en Río de Janeiro.

Bonilla es experto en gravitación y cosmología orbitacional e hizo parte del grupo de interpretación astrofísica, en donde participó en el análisis estadístico del proyecto, la escritura de las publicaciones con los resultados, la discusión de resultados, entre otros procesos.

Hoy, los científicos del Observatorio Norteamericano de Ondas Gravitacionales en Nanohertzs (NANOGrav, en inglés), del Physics Frontiers Center, le dieron a conocer al mundo la evidencia de que estas ondas existen también en bajas frecuencias.

Bonilla fue uno de los expertos que participaron en esta colaboración internacional, que usó radiotelescopios subsidiados por la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF) –incluidos el Green Bank Observatory de Virginia Occidental, el Very Large Array de Socorro (Nuevo México) y el desaparecido Observatorio de Arecibo (Puerto Rico)– para usar un conjunto de estrellas incandescentes que giran cientos de veces por segundo como un detector de ondas gravitacionales a escala galáctica.

Estas exóticas estrellas se conocen como púlsares de milisegundos, remanentes de estrellas masivas que han agotado su combustible y a medida que giran, sus haces de luz en radio son vistos por los investigadores como pulsos o tics altamente regulares, de manera parecida a un faro o a relojes cósmicos de gran precisión.

Esos pulsos fueron la clave para este descubrimiento. Según detallaron los científicos de NANOGrav en un comunicado, las ondas gravitacionales estiran y comprimen el espacio-tiempo de una manera bastante particular, produciendo cambios en los intervalos entre los pulsos emitidos por las estrellas, como si alteraran el ritmo al que se prende y se apaga la luz de ese faro galáctico. Para descubrirlo tuvieron que comparar datos de 68 púlsares observados en nuestra galaxia con radiotelescopios a lo largo de 15 años.

Un trabajo titánico, de acuerdo con la doctora Maura McLaughlin, de la Universidad de Virginia del Oeste y codirectora de NANOGrav: “En realidad, los púlsares son fuentes muy débiles en radio, de modo que necesitamos miles de horas de observaciones por año usando los telescopios más grandes del mundo para poder llevar a cabo esta clase de experimento”, detalló la experta.

Los científicos consideran que las alteraciones descubiertas con los datos recopilados se deben al estiramiento y la compresión del espacio entre la Tierra y los púlsares, lo que hace que sus pulsos de radio lleguen a la Tierra milmillonésimas de segundo antes o después de lo esperado. Como reseñó la agencia Sinc, los resultados son la primera prueba del fondo de ondas gravitacionales, una especie de sopa de distorsiones del espacio-tiempo que invade todo el universo y que los científicos llevan tiempo prediciendo que existe.

“La importancia de este hallazgo radica en que a partir de ellos se pueden hacer estudios de evolución galáctica, de evolución de agujeros negros supermasivos –con masas de millones de veces la del Sol–. Van a ser muy importantes para hacer pruebas astrofísicas del universo”, señaló Bonilla sobre los resultados de esta investigación, los cuales se publicaron en un conjunto de papers publicados ayer en The Astrophysical Journal Letters.

“Esta es la primera prueba de la existencia de ondas gravitacionales a estas bajas frecuencias”, afirmó Stephen Taylor, astrofísico de la Universidad de Vanderbilt, presidente de la colaboración NANOGrav y codirector de la investigación, quien explica: “La fuente probable de estas ondas son pares distantes de agujeros negros supermasivos en órbita cercana”.

Además, se trata de las ondas gravitacionales más potentes que se conocen hasta ahora. Los científicos de NANOGrav señalaron que las distorsiones espaciotemporales que analizaron fueron causadas por ondas gravitatorias tan inmensas que la distancia entre dos crestas es de dos a diez años-luz, o de unos 9 a 90 billones de kilómetros.

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Las ondas gravitacionales fueron predichas por primera vez por Albert Einstein en 1916 e incluso la teoría de la relatividad propuesta por el científico alemán predice cómo estas ondas debería afectar las señales provenientes de los púlsares. “El gran número de púlsares usados en el análisis de NANOGrav nos ha permitido ver lo que creemos son los primeros signos del patrón de correlación predecido por la relatividad general”, explicó el doctor Xavier Siemens, de la Universidad de Oregon y codirector de NANOGrav.

Para Bonilla, por su parte, el hallazgo de las ondas gravitacionales de bajas frecuencias también es comparable con descubrimientos que han deslumbrado en tiempos recientes a la humanidad, como del bosón de Higgs, una partícula fundamental propuesta en el modelo estándar de física de partículas descubierta en 2012, debido a que en ambos casos se trata de predicciones teóricas que finalmente encuentran su corroboración.

“En medio de la matemática que uno desarrolla, uno no sabe si es cierto o no que algunas cosas existan; por ejemplo, en la actualidad se habla de agujeros de gusano, en los que se supone que podríamos atravesarlos para viajar a través del espacio-tiempo, pero para nosotros en principio sigue siendo una especulación porque no tenemos evidencia directa de ellos, lo mismo pasó con los agujeros negros hasta que se consiguieron detecciones directas”, explica el científico colombiano.

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Además, añade que el descubrimiento de las ondas gravitacionales de baja frecuencia les permitirá a los astrofísicos acceder a física fundamental que no es posible en otras frecuencias. “Nosotros pensamos que, en principio, esas señales se deben a la fusión de agujeros negros supermasivos, pero no es la única posibilidad que abordamos en los cuatro papers publicados, artículos en donde también planteamos la posibilidad de nueva física especulativa con fundamentos teóricos muy fuertes, donde estudiamos, por ejemplo, los primeros instantes del universo con inflación o agujeros negros primordiales”, explica Bonilla.

Responder interrogantes sobre cómo evolucionan las galaxias, cómo se fusionan los agujeros negros o incluso poder mirar la historia del universo primitivo descubriendo las ondas gravitacionales que emite hacen parte de las expectativas del trabajo que seguirán haciendo en NANOGrav después de este hallazgo, lo que Siemens, codirector de la colaboración, llamó los instrumentos individuales en la orquesta cósmica que toca la música del universo gravitatorio de cuya existencia ellos ayer le mostraron al mundo las pruebas.

ALEJANDRA LÓPEZ PLAZAS

REDACCIÓN CIENCIA