Los científicos de ondas gravitacionales proponen una nueva forma de refinar la constante de Hubble: la expansión y la edad del universo

Ilustración artística de un par de estrellas de neutrones fusionadas. Crédito de la foto: Carl Knox, Universidad OzGrav-Swinburne

Un equipo de científicos internacionales liderado por el Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE) y el Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav) ha propuesto un método simple y novedoso para reducir la precisión de las mediciones de la constante de Hubble a un mínimo del 2%. utilizando una sola observación de un par de estrellas de neutrones fusionadas.


El universo está en constante expansión. Debido a esto, los objetos distantes como las galaxias se están alejando de nosotros. Cuanto más lejos están, más rápido se mueven. Los científicos describen esta expansión por un número famoso conocido como la constante de Hubble. Indica la rapidez con la que los objetos del universo se alejan de nosotros en función de su distancia de nosotros. Al medir con precisión la constante de Hubble, también podemos determinar algunas de las propiedades más fundamentales del universo, incluida su edad.

Durante décadas, los científicos han estado midiendo la constante de Hubble con una precisión cada vez mayor y recolectando señales electromagnéticas que se emiten en todo el universo, pero llegan a una conclusión desafiante: las dos mejores mediciones disponibles actualmente dan resultados inconsistentes. Desde 2015, los científicos han intentado superar este desafío con la ciencia de las ondas gravitacionales, ondas en los tejidos del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Las ondas gravitacionales se generan en los eventos cósmicos más violentos y ofrecen un nuevo canal de información sobre el universo. Son emitidos por dos durante la colisión. Estrellas de neutrones– Los densos núcleos colapsaron Estrellas– y puede ayudar a los científicos a profundizar en el misterio perdurable del Hubble.

A diferencia de los agujeros negros, las estrellas de neutrones fusionadas generan ondas gravitacionales y electromagnéticas, como rayos X, ondas de radio y luz visible. Mientras que las ondas gravitacionales pueden medir la distancia entre la fusión de la estrella de neutrones y la Tierra, las ondas electromagnéticas pueden medir qué tan rápido se aleja toda la galaxia de la Tierra. Esto crea una nueva forma de medir la constante de Hubble. Sin embargo, incluso con la ayuda de ondas gravitacionales, sigue siendo difícil medir la distancia a las fusiones de estrellas de neutrones. Esta es en parte la razón por la que las mediciones actuales de la constante de Hubble basadas en ondas gravitacionales tienen una incertidumbre de ~ 16%, que es mucho mayor que las mediciones existentes utilizando otras técnicas tradicionales.

En un artículo reciente en el Cartas del diario astrofísico, un equipo de científicos liderado por el Centro de Competencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav) y exalumno de la Universidad de Monash, el Prof.Juan Calderón Bustillo (ahora Junior Leader de La Caixa y Marie Curie Fellow en el Instituto Gallego de Física de Altas Energías, Universidad de Santiago de Santiago Compostela, España) ha propuesto un método simple y novedoso para reducir la precisión de estas mediciones al 2% utilizando una sola observación de un par de estrellas de neutrones fusionadas.

Según el profesor Calderón Bustillo, es difícil interpretar qué tan lejos están estas fusiones porque “actualmente no se puede decir si el binario está muy lejos y mirando hacia la tierra o si está mucho más cerca de la tierra en su plano orbital”. “Para decidir entre estos dos escenarios, el equipo sugirió examinar componentes secundarios mucho más débiles de las señales de ondas gravitacionales emitidas por fusiones de estrellas de neutrones conocidas como modos superiores.

“Así como una orquesta toca diferentes instrumentos, las fusiones de estrellas de neutrones envían ondas gravitacionales en diferentes modos”, explica el profesor Calderón Bustillo. “Cuando las estrellas de neutrones fusionadas estén frente a ti, solo oirás el instrumento más fuerte. Sin embargo, si estás cerca del plano orbital de fusión, también deberías escuchar las secundarias. De esa manera podemos determinar la inclinación de la estrella de neutrones, y mejor la fusión Mida la distancia “.

Sin embargo, el método no es completamente nuevo: “Sabemos que esto funciona bien para fusiones de agujeros negros muy masivos porque nuestros detectores actuales pueden registrar el tiempo de fusión cuando los modos superiores están más enfatizados. El tono de la señal de fusión es tan alto que nuestros detectores no pueden registrarlo. Solo podemos registrar las órbitas anteriores “, dice el Prof. Calderón Bustillo.

Los futuros detectores de ondas gravitacionales, como el propuesto proyecto australiano NEMO, podrán acceder al nivel de fusión real de las estrellas de neutrones. “Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan, la física nuclear que gobierna su materia puede producir señales muy ricas que podrían permitirnos saber exactamente dónde está la Tierra en relación con el plano orbital de la Tierra. Fusión“dice el coautor e investigador jefe de OzGrav, el Dr. Paul Lasky de la Universidad de Monash. El Dr. Lasky también es un importante colaborador del proyecto NEMO”. Un detector como NEMO podría detectar estas ricas señales “, añade.

En su estudio, el equipo llevó a cabo simulaciones por computadora de fusiones de estrellas de neutrones que demostraron el efecto de la Física nuclear de las estrellas en las ondas gravitacionales. Al examinar estas simulaciones, el equipo descubrió que un detector como NEMO puede medir la constante de Hubble con una precisión del 2%.

El coautor del estudio, el profesor Tim Dietrich de la Universidad de Potsdam, dice: “Encontramos que los detalles finos que describen el comportamiento de los neutrones en la estrella crean firmas sutiles en la estrella Ondas gravitacionales Esto puede resultar muy útil para determinar la velocidad a la que se expande el universo. Es fascinante ver cómo los efectos en la escala nuclear más pequeña pueden sugerir lo que está sucediendo en el rango cosmológico más grande posible. “

Samson Leong, estudiante de la Universidad de Hong Kong en China y coautor del estudio, señala que “una de las cosas más emocionantes de nuestro resultado es que, dado un escenario más conservador, hemos logrado una gran mejora. NEMO hará esto en la ley. ” Sea más sensible a la emisión de fusión de estrellas de neutrones. Los detectores avanzados como el Telescopio Einstein o el Explorador Cósmico son aún más sensibles y nos permiten medir la expansión del universo con mayor precisión. “

Una de las implicaciones más destacadas de este estudio es que podría determinar si el universo se está expandiendo uniformemente en el espacio, como se cree actualmente. “Los métodos anteriores para lograr este nivel de precisión se han basado en la combinación de muchas observaciones, siempre que la constante de Hubble sea la misma en todas las direcciones ya lo largo de la historia del universo”, dice Calderón Bustillo. “En nuestro caso, cada evento proporcionaría una estimación muy precisa de ‘su propia constante de Hubble’ para que podamos probar si esto es realmente una constante o si varía en el espacio y el tiempo”.


Descifrando la vida de las estrellas de neutrones dobles en radio y astronomía de ondas gravitacionales


Más información:
Juan Calderon Bustillo et al. Mapeo de la expansión del universo: Habilitando mediciones de la constante de Hubble en el nivel de porcentaje con una única detección de fusión binaria de estrellas de neutrones, Las cartas del diario astrofísico (2021). DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abf502

En Arxiv: arxiv.org/abs/2006.11525

Cita: Los científicos de ondas gravitacionales proponen una nueva forma de refinar la constante de Hubble: la expansión y la edad del universo (2021, 4 de mayo), consultado el 4 de mayo de 2021 desde https://phys.org/news/2021-05- gravitational -wave-scientist-method-refine-hubble.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Excepto en el caso de comercio justo con fines de estudio o investigación privados, no se puede reproducir ninguna parte sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.

READ  Nuevas fotos de Marte: el helicóptero Ingenuity de la NASA estira las piernas, mientras el rover Curiosity protagoniza una selfie

Estaremos encantados de escuchar lo que piensas

Deje una respuesta

Malviticias