Una marea cósmica muy lenta arrastra a las galaxias

Un mar de ondas gravitacionales primordiales está actuando sobre las galaxias y alterando su movimiento y su posición. Su efecto es muy pequeño, pero medible con los instrumentos actuales: sería una prueba indirecta de la existencia de las primeras ondas gravitatorias y la confirmación de la teoría de la inflación cósmica.

Las ondas gravitacionales son fluctuaciones en la curvatura del espacio-tiempo que se propagan en forma de ondas alejándose de su fuente. Son producidas por eventos astrofísicos violentos, como el choque de dos estrellas binarias o dos agujeros negros.

Las ondas gravitacionales (o gavitatorias) se desplazan a la velocidad de la luz y fueron pronosticadas por Einstein en 1916. Estas ondas contraen y estiran cualquier cosa que encuentran en su camino. La gravedad de la que toma su nombre se manifiesta debido a la deformación del espacio-tiempo que provoca a su paso, que adquiere una forma similar a la de un peso sobre una tela.

Las ondas gravitacionales son muy difíciles de detectar, ya que son muy débiles cuando llegan a la Tierra. Se necesitan instrumentos muy sensibles, como el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO), para captarlas.

Primera evidencia

LIGO está formado por dos observatorios: uno en Luisiana y otro en Washington. Cada observatorio tiene dos «brazos» largos, y cada uno de ellos tiene más de 4 kilómetros de largo. Cuando una onda gravitacional pasa por los brazos, los alarga o acorta ligeramente, y esto se puede medir con láseres.

En 2015, los científicos detectaron ondas gravitacionales por primera vez con LIGO. Estas primeras ondas gravitacionales se produjeron cuando dos agujeros negros chocaron entre sí hace 1,3 millones de años, pero las ondulaciones no llegaron a la Tierra hasta 2015. Este descubrimiento confirmó la predicción de Einstein y abrió una nueva forma de observar el universo.

Desde entonces, se han detectado más ondas gravitacionales procedentes de diferentes fuentes, como la fusión de dos estrellas de neutrones o la colisión de dos agujeros negros supermasivos. Estos eventos nos permiten estudiar fenómenos extremos que no se pueden ver con telescopios ópticos o de otras longitudes de onda.

Ondas ocultas

Pero hay un tipo de ondas gravitacionales que aún no se han detectado directamente: las ondas gravitacionales primordiales. Estas son las ondas que se habrían generado en los primeros instantes del universo, justo después del Big Bang. Estas ondas nos darían información sobre las condiciones físicas y la evolución del cosmos en sus orígenes.

Sin embargo, estas ondas primoridales de baja frecuencia son tan débiles que se necesitan métodos indirectos para inferir su existencia. Una forma es buscar su efecto sobre la radiación cósmica de fondo, el eco térmico del Big Bang que llena todo el espacio. Otra forma es buscar su efecto sobre las galaxias y los cúmulos de galaxias, que son las estructuras más grandes del universo.

Llegamos a las primordiales

Un equipo de científicos del Instituto Tecnológico de California (Caltech) ha encontrado ahora evidencia indirecta de un mar de ondas gravitacionales primordiales que habría afectado a la distribución y al movimiento de las galaxias, según se informa en un comunicado.

Los investigadores utilizaron datos del Telescopio Espacial Hubble y del Observatorio W.M. Keck para medir el desplazamiento al rojo cósmico y la distancia angular de más de 200 galaxias.

El desplazamiento al rojo cósmico es el cambio en la longitud de onda de la luz emitida por un objeto debido a su movimiento relativo respecto al observador.

Discrepancia reveladora

Cuanto mayor es el desplazamiento al rojo, mayor es la velocidad a la que se aleja el objeto. La distancia angular es el ángulo que forma un objeto con respecto al observador.

Los científicos compararon estos datos con las predicciones teóricas basadas en el modelo estándar de cosmología, que asume que el universo está compuesto principalmente por materia oscura y energía oscura, y que se expande aceleradamente.

Descubrieron que había una discrepancia entre los datos observados y los esperados: las galaxias tenían un desplazamiento al rojo mayor y una distancia angular menor de lo que se predecía.

Esto significa que las galaxias se están alejando más rápido y están más cerca entre sí de lo que deberían.

Los científicos interpretaron este resultado como una señal de que hay un mar de ondas gravitacionales primordiales que actúa sobre las galaxias, alterando su movimiento y su posición.

Marea cósmica

Según los investigadores, este mar de ondas gravitacionales tendría una frecuencia muy baja, del orden de un ciclo por cada 10 mil millones de años. Sería como una marea cósmica muy lenta que arrastra a las galaxias. Este efecto sería muy pequeño, pero medible con los instrumentos actuales.

Este descubrimiento, si se confirma con más datos y análisis, sería una prueba indirecta de la existencia de las ondas gravitacionales primordiales y de la teoría de la inflación cósmica, que propone que el universo sufrió una expansión exponencial en sus primeros momentos. Además, sería una forma de estudiar el universo primitivo y sus propiedades físicas.

Las ondas gravitacionales son, por tanto, una ventana al pasado y al futuro del cosmos. Nos permiten ver lo que no se puede ver con la luz y nos revelan los secretos más profundos de la naturaleza. Un camino que apenas estamos empezando a recorrer.

Referencia

The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background. Gabriella Agazie et al. The Astrophysical Journal Letters, Volume 951, Number 1, 2023 June 29. DOI 10.3847/2041-8213/acdac6