La colisión de agujeros negros permite medir distancias en el universo


Sabemos que el universo se está expandiendo y tenemos una idea bastante clara de qué tan rápido se está expandiendo, pero no sabemos la velocidad exacta. Esto se debe a que los diferentes métodos que tenemos para medir la tasa de expansión cósmica siguen dándonos resultados ligeramente diferentes. Es un problema persistente que molesta a los astrónomos, por lo que, si bien han trabajado para garantizar que los métodos actuales sean precisos, también han buscado nuevas formas de medir la expansión cósmica. Una de estas nuevas formas involucra ondas gravitacionales.

Los valores medidos del Hubble no concuerdan. Crédito: Wendy Freedman

Los observatorios de ondas gravitacionales como Virgo y LIGO se han vuelto bastante buenos detectando las fusiones de agujeros negros binarios. Han observado casi cien fusiones y, a partir de cada fusión, los astrónomos pueden calcular cosas como la masa y la rotación de cada agujero negro. Lo que es más difícil de determinar es cuán distantes fueron las fusiones.

Cuando observamos una galaxia lejana, su luz parece más roja de lo que realmente es. Este corrimiento al rojo es causado por la expansión cósmica. El universo se expande un poco durante el tiempo que la luz viaja desde la galaxia hasta nosotros, y esto estira la longitud de onda de la luz, desplazándola hacia el extremo rojo del espectro. Cuanto más distante está la galaxia, más tarda la luz en llegar a nosotros y más desplazada hacia el rojo está. Es por eso que podemos usar el corrimiento al rojo como una medida de la distancia galáctica. Algo similar sucede con las ondas gravitacionales.

Cuando la fusión de un agujero negro crea ondas gravitacionales, esas ondas viajan a la velocidad de la luz. Entonces, las ondas gravitacionales tardan la misma cantidad de tiempo en llegar a nosotros que la luz. Y al igual que la luz, a medida que el universo se expande, las ondas gravitacionales se “desplazan hacia el rojo”. Pero en lugar de cambiar el color, el cambio hace que la fusión parezca más lenta. Entonces, el desplazamiento al rojo de las ondas gravitacionales hace que los agujeros negros que se fusionan parezcan un poco más masivos de lo que realmente son. En un nuevo estudio, los autores proponen usar este efecto para medir la tasa de expansión cósmica.

Fusiones de agujeros negros detectadas a través de ondas gravitacionales. Crédito: LIGO-Virgo/Aaron Geller/Northwestern

El proceso sería similar a la forma en que usamos las supernovas como velas estándar. Hemos observado muchas fusiones de agujeros negros en el universo local, por lo que tenemos una buena idea de la distribución de las masas caseras negras. El espectro de masas, por así decirlo. A medida que LIGO y otros observatorios de ondas gravitacionales se vuelvan más sensibles, podremos detectar fusiones más distantes. Estos estarán lo suficientemente distantes como para que se desplacen hacia el rojo. Al comparar el espectro de masas de los agujeros negros cercanos con el de los más distantes, los astrónomos podrán calibrar la tasa de expansión cósmica. Los autores llaman a esto el método de la sirena espectral y argumentan que las fusiones locales de agujeros negros podrían usarse como sirenas estándar.

Al principio, este método no será muy preciso. Incluso con unos pocos cientos de agujeros negros locales, la incertidumbre de una sirena estándar sería demasiado grande para resolver el problema de la expansión cósmica. Pero con el tiempo podría volverse lo suficientemente preciso. Todavía estamos en las primeras etapas de la astronomía de ondas gravitacionales, y aún queda mucho por aprender si solo escuchamos el canto de sirena de la gravedad.

Con información de UniverseToday.com

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