La órbita de la Luna para detectar ondas gravitacionales

Créditos: NASA

Investigadores de la UAB, el IFAE y el University College de Londres proponen utilizar las variaciones en la distancia entre la Tierra y la Luna, que se pueden medir con una precisión de apenas un centímetro, como un nuevo detector de ondas gravitacionales en un rango de frecuencias que los dispositivos actuales no pueden detectar. La investigación, que podría abrir las puertas a la detección de señales del universo primigenio, ha sido publicada en Physical Review Letters.

 

UAB / Las ondas gravitacionales, predichas por Albert Einstein a principios del siglo pasado y detectadas por primera vez en 2015, son un nuevo mensajero de los procesos más violentos que tienen lugar en el universo. Los detectores escudriñan diferentes rangos de frecuencias, como quien sintoniza emisoras de radio moviendo el dial. Sin embargo, existen frecuencias imposibles de cubrir por los dispositivos actuales y que pueden albergar señales fundamentales para entender el cosmos. En particular, las ondas en el microhercio, que pueden ser generadas en los albores del universo, son prácticamente invisibles incluso en las propuestas tecnológicas más avanzadas.

Los investigadores proponen que existe un detector natural de ondas gravitacionales en nuestro entorno: el sistema Tierra-Luna

Los investigadores Diego Blas, del Departamento de Física de la UAB y del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), y Alexander Jenkins, del University College de Londres (UCL), proponen en un artículo publicado recientemente en la prestigiosa Physical Review Letters que existe un detector natural de ondas gravitacionales en nuestro entorno: el sistema Tierra-Luna. El constante golpear de las ondas gravitacionales en este sistema genera diminutas desviaciones en la órbita lunar. Si bien estos cambios son minúsculos, Blas y Jenkins plantean aprovechar el hecho de que la posición de la Luna se conoce con una precisión de apenas un centímetro, gracias al uso de láseres enviados desde diferentes observatorios que continuamente se reflejan en espejos que fueron dejados en la superficie lunar por las misiones Apollo, entre otras. Esta increíble precisión en la distancia, de más una parte en un millardo, es la que puede permitir que la pequeña perturbación de ondas gravitacionales primordiales pueda detectarse. El periodo de la Luna es de unos 28 días, lo que se traduce en una sensibilidad particularmente relevante en el microhercio, la banda de interés.

Los investigadores proponen también el uso de la información que pueden arrojar otros sistemas binarios del universo como detectores de ondas gravitacionales

De modo similar, los investigadores proponen también el uso de la información que pueden arrojar otros sistemas binarios del universo como detectores de ondas gravitacionales. Es el caso de los sistemas de púlsares binarios que hay distribuidos por la galaxia, sistemas donde el haz de radiación del púlsar permite obtener las órbitas de las estrellas con increíble precisión (precisiones de una parte en un millón). Dado que estas órbitas tienen periodos de unos 20 días, el paso de ondas gravitacionales con frecuencias de microhercio les afecta particularmente. Los investigadores consideran que estos sistemas pueden ser también un potencial detector para el paso de las ondas gravitacionales de este rango de frecuencias.

Con estos “detectores naturales” de ondas gravitacionales en el microhercio, Blas y Jenkins han sido capaces de plantear una nueva forma de estudiar las ondas gravitacionales emitidas en el universo primitivo. En particular, las causadas por la posible presencia de transiciones de fase muy energéticas en el universo primordial, comunes en muchos modelos del universo temprano.

“Lo más interesante es quizás que este método complementa las futuras misiones de la ESA/NASA, como LISA, y los observatorios terrestres como SKA, para conseguir una cobertura casi total de las ondas gravitacionales entre el nanohercio (SKA) y el centenar de hercios (LIGO/VIRGO). Esta cobertura es vital para poder tener una imagen precisa de la evolución del universo, así como de su composición”, explica Diego Blas. “Cubrir la banda del microhercio constituía un desafío, que ahora puede que sea factible sin necesidad de construir nuevos detectores, sólo observando órbitas de sistemas ya conocidos. Esta conexión entre aspectos fundamentales del universo y objetos más mundanos es particularmente fascinante y puede eventualmente llevar a la detección de las señales más primitivas conocidas, y cambiar nuestra comprensión del cosmos”, concluye.

Referencia bibliográfica:
Diego Blas and Alexander C. Jenkins, Bridging the μHz Gap in the Gravitational-Wave Landscape with Binary ResonancesPhys. Rev. Lett. 128, 101103. DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.101103

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