¿Qué son las ondas gravitacionales y por qué es importante detectarlas?

Del mismo modo que una piedra lanzada en un estanque genera ondas en la superficie del agua; las ondas gravitacionales pueden ser imaginadas como ondas en el espacio-tiempo producidas por muchos de los movimientos de los cuerpos celestes. Su existencia sería una magnífica prueba de la física moderna comenzada por Einstein.

¿Puede explicar qué es un pulsar?

Los púlsares son estrellas muy densas, del tamaño de una gran ciudad (20-30 km de diámetro) que contienen el doble de la masa del Sol: un centímetro cúbico de estas estrellas es equivalente a la masa de todos los seres humanos en la Tierra.

Giran muy rápidamente (de una rotación cada diez segundos hasta un máximo de setecientas rotaciones por segundo) y poseen un enorme campo magnético. Debido a estas condiciones extremas, estas estrellas están en su mayor parte compuestas por neutrones (pertenecen a la categoría de las llamadas estrellas de neutrones) y pueden emitir radioondas en uno o dos haces, habitualmente mal alineados con el eje de rotación.

Consecuentemente, un radiotelescopio detecta la radioemisión procedente de estas estrellas como una sucesión de pulsos (un efecto parecido al de un faro), de donde viene el nombre de “púlsares”, propuesto después de la publicación del descubrimiento del primero de estos objetos, en 1968. Todos los púlsares son estrellas de neutrones, pero no todas las estrellas de neutrones actúan como púlsares.

Las observaciones temporales en radio de la estrella doble de neutrones Hulse-Taylor (sistema binario con dos estrellas de neutrones, una de las cuales es además un púlsar), descubierto en 1974, aportó unos años después la primera prueba indirecta de la existencia de ondas gravitacionales. ¿Cómo ha evolucionado el campo de la HTRA (High Time Resolution Astrophysics, alta resolución temporal en astrofísica) desde entonces?

La calidad de los parámetros físicos resultantes de la observación de los púlsares más interesantes mejora con la duración de la recogida de datos. Por ello, los resultados sobre el púlsar Hulse-Taylor son hoy mucho mejores que los que merecieron el Premio Nobel. El descubrimiento en 1982 de los púlsares milisegundo abrió la posibilidad de realizar investigaciones adicionales sobre las teorías gravitatorias utilizando estos objetos, cuya velocidad de rotación es unas decenas de veces superior a la del púlsar Hulse-Taylor.

¿Qué comportó el reciente descubrimiento del púlsar doble (sistema binario con dos estrellas de neutrones, siendo las dos púlsares) para nuestro conocimiento de la relatividad general y la gravitación?

En la actualidad es el mejor laboratorio disponible que nos proporciona la naturaleza para probar la teoría de la gravedad de Einstein. En sólo doce años de obtención de datos se ha conseguido realizar pruebas más convincentes, en ocasiones completamente nuevas, que en cuarenta años de observar el sistema binario Hulse-Taylor.

¿Por qué sólo conocemos un sistema de doble púlsar así?

Estos sistemas son extraños de manera intrínseca porque su formación requiere que se den una serie de circunstancias afortunadas. Es más, son también mucho más difíciles de descubrir que otros tipos de púlsares binarios.

¿Cómo se puede utilizar el radio temporal para aprender sobre estrellas de neutrones y su entorno? ¿Cómo observaciones radio en High Time Resolution  podrían explicar la física de las estrellas de neutrones?

La High Time Resolution es esencial tanto para descubrir las estrellas de neutrones más extremas como para repetir su observación en detalle e inferir parámetros determinantes para continuar haciendo investigación en física fundamental. Por ejemplo, a partir del conocimiento de la velocidad de rotación y/o de la masa de una estrella de neutrones (siempre que sean muy elevadas) se pueden establecer las leyes físicas que determinan el comportamiento de las partículas en el núcleo de los átomos. Y, asimismo, la velocidad de rotación y su variación temporal permiten estimar la cantidad de energía que una estrella de neutrones inyecta en su entorno.  

Annia Domènech