El próximo radio telescopio Square Kilometer Array (SKA), que será el radiotelescopio más sensible del mundo, es probable que detecte ondas gravitacionales de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos según una investigación publicada recientemente en la revista Physical Physical Review de la American Physical Society.
Traducción:
"
La detección de ondas gravitacionales lideró casi todos los titulares destacando entre las historias científicas más importantes de 2016. LIGO, el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, llenó titulares al detectar evidencias directas de ondulaciones en el espacio-tiempo causadas por dos agujeros negros que se fusionaban. Histórico y emocionante, este descubrimiento será probablemente la primera de muchas señales de ondas gravitacionales que veremos en los próximos años, y no todas provendrán de observatorios de ondas gravitatorias.
El próximo radio telescopio Square Kilometer Array (SKA), que será el radiotelescopio más sensible del mundo, es probable que detecte ondas gravitacionales de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos según una investigación publicada recientemente en la revista Physical Physical Review de la American Physical Society.
Los investigadores, Yan Wang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en China y Soumya Mohanty de la Universidad de Texas Río Grande Valley, llegaron a esta conclusión basándose en un análisis de datos simulados de pulsares de milisegundos que es probable que SKA y telescopios similares detecten. Los pulsares son estrellas de neutrones que tienen velocidades de rotación estables y emiten haces de luz a intervalos muy regulares.
"Cuando estamos en la línea de visión del haz, nuestros radiotelescopios recogen la emisión. Al igual que al observar un proyector rotatorio, vemos pulsos de ondas de radio cada vez que el haz barre nuestros telescopios ", explican los investigadores.
El SKA será una enorme serie de radiotelescopios, abarcando dos continentes, cuya construcción comenzará en 2018. Dada la población de púlsares, se espera que telescopios como SKA detecten alrededor de 6.000 pulsares que emiten ondas de radio a intervalos de milisegundos. Debido a que sus emisiones son tan regulares, los pulsares de milisegundos son como relojes celestiales extremadamente precisos que emiten ondas de radio en lugar de puntos.
Casi todas las galaxias, incluyendo la nuestra, tienen agujeros negros supermasivos en el centro. Cuando dos galaxias se fusionan, sus agujeros negros se unen para formar sistemas binarios y emitir ondas gravitatorias en el proceso. "Detectar estas señales de onda gravitacional dará a los astrónomos pistas muy importantes sobre cómo se formaron las galaxias, con qué frecuencia se fusionan, etc.", dicen los investigadores.
Las ondas gravitacionales de los sistemas binarios supermasivos de agujeros negros deberían causar ligeros cambios en el tiempo de llegada de las emisiones de un pulsar a Tierra. Un método para detectar ondas gravitacionales, por lo tanto, es buscar perturbaciones en el tiempo de llegada de ondas de radio de pulsos de milisegundo. Con el fin de detectar una onda gravitacional con cualquier grado de certeza, sin embargo, es necesario ver cambios correlativos en los tiempos de llegada de la emisión de muchos púlsares diferentes. Esta técnica se denomina matriz pulsátil.
Existen matrices de sincronización de pulsos, pero la mayoría incluye sólo unas pocas docenas de pulsares. Los investigadores estiman que SKA debe ser capaz de detectar miles de pulsares de milisegundos debido a su gran área de recolección (un kilómetro cuadrado) y excelente sistema de procesamiento de datos. Esto permitiría arrays de tiempo con cientos de pulsares, haciéndolos mucho más sensibles a las ondas gravitatorias.
En esta nueva investigación, Wang y Mohanty crearon una simulación realista del tipo de matriz temporal que es probable que surja de los telescopios de la era SKA. Dado que una matriz con cientos de pulsares presentará serios problemas de procesamiento de datos, los investigadores exploraron y optimizaron un enfoque matemático para clasificar los datos e identificar la señal de un sistema binario de agujeros negros supermasivos. Además, analizaron la exactitud con que un sistema de este tipo podría identificar la ubicación de los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos en el cielo.
Los resultados del equipo indican que este tipo de matriz de sincronización de pulsares podría detectar con confianza las señales de onda gravitacional de una amplia gama de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos. Además, parece que esta técnica puede ser capaz de identificar con precisión las fuentes de estas ondas gravitatorias en el cielo que los investigadores podrían convertir telescopios ópticos en esa parte del cielo y tal vez identificar un par de galaxias en fusión.
La gestión de una matriz de pulsar temporal de ese tamaño será complicado. Por ejemplo, hay retos técnicos relacionados con la monitorización de muchos pulsares a la vez que aún no han sido resueltos. Sin embargo, los investigadores dicen: "La parte más emocionante de este trabajo es la posibilidad de poder usar los miles de pulsares que los próximos radiotelescopios descubrirán como un detector de ondas gravitacionales del gigantesco tamaño de una galaxia".
Actualmente, los astrónomos han identificado cientos de objetos que pueden contener sistemas binarios supermasivos de agujeros negros. Sin embargo, la única manera de saber realmente si lo hacen es detectar las ondas gravitacionales que vienen de los objetos. Como indican estos resultados de la investigación, una matriz de pulsar puede proporcionar esta confirmación una vez que los radiotelescopios de próxima generación estén en línea. Tal matriz también podría permitir una búsqueda en todo el cielo de sistemas binarios de agujeros negros que podrían convertirse en fuentes que otros telescopios aún no han identificado. En lugar de celebrar la detección de las ondas gravitatorias, en el futuro no demasiado distante podremos celebrar los innumerables nuevos descubrimientos hechos posibles por las detecciones de ondas gravitatorias."
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La detección de ondas gravitacionales lideró casi todos los titulares destacando entre las historias científicas más importantes de 2016. LIGO, el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, llenó titulares al detectar evidencias directas de ondulaciones en el espacio-tiempo causadas por dos agujeros negros que se fusionaban. Histórico y emocionante, este descubrimiento será probablemente la primera de muchas señales de ondas gravitacionales que veremos en los próximos años, y no todas provendrán de observatorios de ondas gravitatorias.
El próximo radio telescopio Square Kilometer Array (SKA), que será el radiotelescopio más sensible del mundo, es probable que detecte ondas gravitacionales de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos según una investigación publicada recientemente en la revista Physical Physical Review de la American Physical Society.
Los investigadores, Yan Wang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en China y Soumya Mohanty de la Universidad de Texas Río Grande Valley, llegaron a esta conclusión basándose en un análisis de datos simulados de pulsares de milisegundos que es probable que SKA y telescopios similares detecten. Los pulsares son estrellas de neutrones que tienen velocidades de rotación estables y emiten haces de luz a intervalos muy regulares.
"Cuando estamos en la línea de visión del haz, nuestros radiotelescopios recogen la emisión. Al igual que al observar un proyector rotatorio, vemos pulsos de ondas de radio cada vez que el haz barre nuestros telescopios ", explican los investigadores.
El SKA será una enorme serie de radiotelescopios, abarcando dos continentes, cuya construcción comenzará en 2018. Dada la población de púlsares, se espera que telescopios como SKA detecten alrededor de 6.000 pulsares que emiten ondas de radio a intervalos de milisegundos. Debido a que sus emisiones son tan regulares, los pulsares de milisegundos son como relojes celestiales extremadamente precisos que emiten ondas de radio en lugar de puntos.
Casi todas las galaxias, incluyendo la nuestra, tienen agujeros negros supermasivos en el centro. Cuando dos galaxias se fusionan, sus agujeros negros se unen para formar sistemas binarios y emitir ondas gravitatorias en el proceso. "Detectar estas señales de onda gravitacional dará a los astrónomos pistas muy importantes sobre cómo se formaron las galaxias, con qué frecuencia se fusionan, etc.", dicen los investigadores.
Las ondas gravitacionales de los sistemas binarios supermasivos de agujeros negros deberían causar ligeros cambios en el tiempo de llegada de las emisiones de un pulsar a Tierra. Un método para detectar ondas gravitacionales, por lo tanto, es buscar perturbaciones en el tiempo de llegada de ondas de radio de pulsos de milisegundo. Con el fin de detectar una onda gravitacional con cualquier grado de certeza, sin embargo, es necesario ver cambios correlativos en los tiempos de llegada de la emisión de muchos púlsares diferentes. Esta técnica se denomina matriz pulsátil.
Existen matrices de sincronización de pulsos, pero la mayoría incluye sólo unas pocas docenas de pulsares. Los investigadores estiman que SKA debe ser capaz de detectar miles de pulsares de milisegundos debido a su gran área de recolección (un kilómetro cuadrado) y excelente sistema de procesamiento de datos. Esto permitiría arrays de tiempo con cientos de pulsares, haciéndolos mucho más sensibles a las ondas gravitatorias.
En esta nueva investigación, Wang y Mohanty crearon una simulación realista del tipo de matriz temporal que es probable que surja de los telescopios de la era SKA. Dado que una matriz con cientos de pulsares presentará serios problemas de procesamiento de datos, los investigadores exploraron y optimizaron un enfoque matemático para clasificar los datos e identificar la señal de un sistema binario de agujeros negros supermasivos. Además, analizaron la exactitud con que un sistema de este tipo podría identificar la ubicación de los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos en el cielo.
Los resultados del equipo indican que este tipo de matriz de sincronización de pulsares podría detectar con confianza las señales de onda gravitacional de una amplia gama de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos. Además, parece que esta técnica puede ser capaz de identificar con precisión las fuentes de estas ondas gravitatorias en el cielo que los investigadores podrían convertir telescopios ópticos en esa parte del cielo y tal vez identificar un par de galaxias en fusión.
La gestión de una matriz de pulsar temporal de ese tamaño será complicado. Por ejemplo, hay retos técnicos relacionados con la monitorización de muchos pulsares a la vez que aún no han sido resueltos. Sin embargo, los investigadores dicen: "La parte más emocionante de este trabajo es la posibilidad de poder usar los miles de pulsares que los próximos radiotelescopios descubrirán como un detector de ondas gravitacionales del gigantesco tamaño de una galaxia".
Actualmente, los astrónomos han identificado cientos de objetos que pueden contener sistemas binarios supermasivos de agujeros negros. Sin embargo, la única manera de saber realmente si lo hacen es detectar las ondas gravitacionales que vienen de los objetos. Como indican estos resultados de la investigación, una matriz de pulsar puede proporcionar esta confirmación una vez que los radiotelescopios de próxima generación estén en línea. Tal matriz también podría permitir una búsqueda en todo el cielo de sistemas binarios de agujeros negros que podrían convertirse en fuentes que otros telescopios aún no han identificado. En lugar de celebrar la detección de las ondas gravitatorias, en el futuro no demasiado distante podremos celebrar los innumerables nuevos descubrimientos hechos posibles por las detecciones de ondas gravitatorias."