Hace miles de millones de años una señal habría sido emitida desde un lugar muy remoto en el universo. Recientemente esa señal ha sido detectada, usando nuevo detector de ondas gravitacionales.
Dos señales intrigantes detectadas en un pequeño detector de ondas gravitacionales podrían representar todo tipo de fenómenos exóticos, desde la nueva física hasta la materia oscura que interactúa con los agujeros negros y las vibraciones cercanas al comienzo del universo. Pero, debido a la novedad del experimento, los investigadores están siendo cautelosos al reclamar un descubrimiento de cualquier tipo.
Instalaciones como el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) utilizan detectores gigantes impulsados por láser para buscar ondas enormes en el tejido del espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales. Estos provienen de las colisiones de agujeros negros y estrellas de neutrones en el universo distante, que son eventos tan poderosos que sacuden el espacio-tiempo y envían oleadas con longitudes de onda medidas en cientos de kilómetros.
Mucho antes de que se construyeran estos enormes observatorios, los científicos sospechaban que existían ondas gravitacionales de tales tamaños, porque sabían que los agujeros negros y las estrellas de neutrones a veces deberían chocar juntos, dijo Michael Tobar, físico de la University of Western Australia en Perth.
Pero no hay fuentes bien conocidas de ondas gravitacionales con longitudes de onda más cortas de entre unos pocos pies y unas pocas millas, agregó. Sin embargo, “en el universo, siempre hay cosas que no esperamos”, dijo Tobar.
Detector de ondas gravitacionales
Los últimos años han visto un impulso para construir detectores que puedan buscar estas ondas gravitacionales más pequeñas, incluido uno construido por Tobar y sus colegas. Su dispositivo consiste en un disco hecho de cristal de cuarzo de 3 centímetros de diámetro, con una cámara resonante que produce una señal eléctrica cada vez que vibra a ciertas frecuencias.
Esta imagen muestra el diminuto corazón de cristal del detector de ondas gravitacionales, un resonador desnudo sin electrodos conectados. Crédito: Michael Tobar
Tobar comparó la configuración con una campana o un gong que suena en un tono particular. «Si una onda gravitacional golpeara eso, lo excitaría», dijo. El zumbido en el cristal es luego captado como una señal electromagnética por sensores eléctricos.
Los investigadores colocaron su detector detrás de múltiples escudos de radiación para protegerlo de los campos electromagnéticos de fondo y lo enfriaron a temperaturas extremadamente bajas para minimizar las vibraciones térmicas en el aparato.
Durante los 153 días del experimento, el cristal sonó dos veces, cada vez durante uno o dos segundos.
¿Qué lo causó?
Los científicos ahora están tratando de averiguar qué causó estos resultados. Las partículas cargadas llamadas rayos cósmicos que fluyen desde el espacio son una posible explicación, dijo Tobar. Un tipo de fluctuación térmica previamente desconocido en el cristal, que debería haber sido mínimo debido a las temperaturas extremadamente frías, podría ser otro, agregó.
Pero también hay una gran cantidad de perspectivas exóticas, como un tipo de materia oscura conocida como axión que gira alrededor de un agujero negro y emite ondas gravitacionales, escribieron los investigadores en su artículo. Muchas explicaciones podrían requerir una física previamente desconocida más allá del Modelo Estándar que describe casi todas las partículas y fuerzas subatómicas en el universo, dijo Tobar.
Poco después del Big Bang, los cosmólogos creen que el universo pasó por un período llamado inflación, durante el cual se expandió exponencialmente en tamaño, dijo a Francesco Muia, físico teórico de la University of Cambridge en el Reino Unido, que no participó en el trabajo.
(Public domain)
Transición de fase
Al final de esta era, el universo podría haber pasado por una transición de fase, una especie de agua que cambia de un estado líquido a un estado gaseoso cuando hierve, dijo. Si esto sucediera, la transición podría haber depositado grandes cantidades de energía en el tejido del espacio-tiempo, generando ondas gravitacionales que podrían ser vistas por este experimento, dijo Muia.
No cree que haya suficiente evidencia todavía para decir cuáles fueron los eventos en el cristal de una forma u otra, pero está emocionado por este experimento y otros similares que estarán en línea en un futuro cercano.
Tobar estuvo de acuerdo. «Sería bueno si fueran ondas gravitacionales, pero quién sabe», dijo.
Ahora que los investigadores tienen estas detecciones en su haber, pueden construir más sensores como este, agregó. Si varios dispositivos ven la misma señal al mismo tiempo, podría apuntar a algo en el universo y ayudar a descartar procesos internos como fluctuaciones térmicas dentro del cristal.
Los hallazgos de la investigación han sido publicados la revista Physical Review Letters.
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