MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Astronomía y Astrofísica

¿Se producen menos ondas gravitacionales de lo esperado?

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Investigadores de las universidades de Jaén y Barcelona han descubierto por primera vez una estructura en forma de Z en un microcuásar. El hallazgo se puede extrapolar al estudio de radiogalaxias y el fondo de ondas gravitacionales que, según sugiere el estudio, podría ser más débil de lo estimado hasta ahora.

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SINC | | 30 noviembre 2017 13:09

<p>Imagen obtenida con el Jansky Very Large Array en ondas de radio a la frecuencia de 5 GHz del microcuásar GRS 1758-258. La línea blanca a trazos indica la trayectoria en forma de Z que sigue el flujo de plasma relativistas eyectado desde las proximidades del núcleo central donde reside el agujero negro. Los objetos marcados con los número 1, 2, y 3 son astros de fondo no relacionados con el microcuásar. / Josep Martí et al.</p>

Imagen obtenida con el Jansky Very Large Array en ondas de radio a la frecuencia de 5 GHz del microcuásar GRS 1758-258. La línea blanca a trazos indica la trayectoria en forma de Z que sigue el flujo de plasma relativistas eyectado desde las proximidades del núcleo central donde reside el agujero negro. Los objetos marcados con los número 1, 2, y 3 son astros de fondo no relacionados con el microcuásar. / Josep Martí et al.

Investigadores del grupo Fuentes de Alta Energía de la Galaxia’ (FAEG) de la Universidad de Jaén (UJA), en colaboración con científicos de la Universidad de Barcelona y su Instituto de Ciencias del Cosmos, han encontrado una estructura en forma de Z en un microcuásar, una versión a escala reducida de una radiogalaxia.

Este hallazgo, publicado por la revista Nature Communications, tiene interesantes consecuencias para algunas de estas radiogalaxias que se han supuesto hasta ahora como emisoras de ondas gravitacionales.

“Las ondas gravitacionales son vibraciones en el espacio-tiempo, el material del que está hecho el universo", explica Pedro Luis Luque, coautor del artículo y responsable del grupo de la UJA. "En octubre de este año, los investigadores Rainer Weiss, Barry Barish y Kip  Thorne recibieron el Premio Nobel de Física 2017 por la pionera detección y observación de estas ondas con la colaboración LIGO”.

El estudio sugiere que el nivel del fondo de ondas gravitacionales podría ser más débil de lo que hasta ahora se estimaba

“Cuando estas ondas son provocadas por la fusión de agujeros negros demasiado alejados, no somos capaces de distinguirlas individualmente –prosigue–, y forman una especie de ruido de fondo de ondas gravitacionales que se une al provocado por el propio Big Bang, por lo que su detección permitiría obtener información tanto de los primeros instantes de la creación como de la formación y naturaleza de los agujeros negros”. 

Para saber si se podrá observar ese fondo de las ondas gravitacionales en el universo es preciso cuantificar cuál es su intensidad. Una de las formas de hacerlo se basa en estudiar la contribución de las llamadas radiogalaxias aladas, galaxias lejanas que emiten chorros de partículas a gran velocidad cuya morfología recuerda a una gigantesca X o Z cuando se observan en ondas de radio.

“Hasta ahora se creía que estas estructuras extensas en radiogalaxias aladas se debían principalmente a una fusión previa de dos agujeros negros supermasivos y, por lo tanto, ese tipo de objetos astronómicos se han considerado como importantes contribuyentes al fondo de ondas gravitacionales”, señala Josep Martí, primer firmante del artículo y catedrático del área de Astronomía y Astrofísica de la UJA. Sin embargo, el estudio realizado muestra que ello no tiene por qué ser así y apoya otra explicación alternativa a la fusión de agujeros negros. 

Estudiar microcuásares con radiogalaxias aladas

“El comportamiento de ambos objetos astronómicos, microcuásares y radiogalaxias, sigue las mismas leyes físicas, por lo que es posible estudiar los primeros, que evolucionan mucho más rápido, son relativamente pequeños y están en nuestra Vía Láctea, para extrapolar luego los resultados por analogía a las lejanas y gigantescas radiogalaxias. Es algo parecido a lo que hacen los ingenieros cuando trabajan con modelos a escala en un túnel de viento”, argumenta Pedro Luis Luque.  

Para las observaciones se ha utilizado uno de los radiotelescopios más sensibles del mundo: el Jansky Very Large Array, en Nuevo México (EE UU)

Dado que en los microcuásares sabemos con certeza que nunca han albergado dos agujeros negros,  sino solo uno que captura materia de su estrella compañera, la forma de Z observada por los autores en uno de ellos, denominado GRS 1758-258, no puede ser debida al mecanismo de fusión, y su morfología puede explicarse simplemente mediante interacciones hidrodinámicas en el medio circundante, donde los chorros eyectados por el microcuásar cambian de dirección al chocar con la materia de alrededor. 

“Extrapolando este resultado al caso de las radiogalaxias aladas, podemos inferir que un buen número de ellas obtendría su característica forma del mismo modo que el microcuásar, y no mediante la fusión de dos agujeros negros, como se creía hasta ahora. A la luz de este resultado, la tasa de fusión de agujeros negros supermasivos en el universo necesita ser revisada a la baja dado que la presencia de estructuras aladas no garantiza el haber sido fuente de ondas gravitacionales en el pasado. De ese modo, el nivel del fondo de ondas gravitacionales sería más débil de lo que hasta ahora se estimaba”, indica Josep Martí. 

Para conseguir este importante resultado, los autores del artículo han tenido que realizar observaciones recientes con uno de los conjuntos de radiotelescopios más sensibles del mundo, el Jansky Very Large Array situado en Nuevo México (EE UU), y combinarlas con todas las observaciones que se han realizado sobre el mismo microcuásar en décadas anteriores.

“Solo uniendo esos datos ha sido posible alcanzar la sensibilidad necesaria para advertir la forma de Z en GRS 1758-258, y deducir de ellas las importantes implicaciones que puede tener, no solo en la magnitud del fondo de ondas gravitacionales, sino en otros campos de esta ciencia como en la astrofísica estelar o en la comprensión de la formación y evolución de galaxias”, señala Josep Martí. 

Este estudio supone un hito para la UJA, ya que es la primera investigación liderada por un grupo de la Universidad de Jaén que se publica en una revista del grupo editorial Nature.

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Investigadores de la Universidad de Jaén junto a una ilustración relacionada con el estudio. / UJA

Referencia bibliográfica:

Josep Martí, Pedro L. Luque-Escamilla, Valentí Bosch-Ramon, Josep M. Paredes. "A galactic microquasar mimicking winged radio galaxies". Nature Communications 8, 24 de noviembre de 2017.

Zona geográfica: España
Fuente: Universidad de Jaén

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