El método consiste en medir sutiles desplazamientos en la luz de los cuásares
Un nuevo estudio usa el movimiento aparente de cuásares para buscar ondas gravitacionales extremadamente lentas y establece el límite más preciso hasta ahora mediante astrometría óptica.
Fuente: ChatGPT / E. F.
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
Creado: 13.05.2025
Durante años, el estudio de las ondas gravitacionales se ha asociado principalmente a eventos espectaculares: fusiones de agujeros negros, explosiones estelares o colisiones cósmicas que estremecen el tejido mismo del universo. Sin embargo, no todo en este campo requiere un "estruendo". A veces, entender el cosmos exige agudizar la vista, buscar patrones diminutos en el movimiento aparente de objetos lejanos y esperar con paciencia que las matemáticas hagan su trabajo. Ese es el enfoque que ha elegido el astrofísico Jeremy Darling, quien propone un nuevo método para detectar las ondas gravitacionales más lentas y persistentes, observando los movimientos de cuásares dispersos por el cielo.
Darling no está solo en su empeño. El proyecto se apoya en los datos recogidos por el satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea, que ha registrado con una precisión extraordinaria la posición y el movimiento de más de un millón de cuásares. En su artículo, publicado en The Astrophysical Journal Letters, presenta un análisis pionero que ofrece el límite más preciso hasta ahora sobre la posible presencia de ondas gravitacionales en la frecuencia más baja jamás estudiada con astrometría óptica.
Un zumbido cósmico que aún no podemos escuchar
Las ondas gravitacionales son distorsiones del espacio-tiempo generadas por fenómenos extremadamente energéticos. Aunque se han detectado desde 2015 por el observatorio LIGO en frecuencias relativamente altas, se sospecha que también existe un fondo estocástico de ondas mucho más lentas, producto de eventos acumulados a lo largo de la historia del universo. La colaboración NANOGrav logró en 2023 detectar ese fondo a través del análisis de púlsares, pero con una limitación: solo midieron la deformación radial, es decir, en la dirección hacia o desde la Tierra.
Darling pretende completar esa imagen observando los desplazamientos laterales causados por las mismas ondas. Para ello, propone usar la astrometría óptica, una técnica que permite medir el movimiento aparente de objetos en el cielo con altísima precisión. Aunque no se ha producido todavía una detección directa, el resultado de este trabajo establece nuevas cotas para la sensibilidad de este método, y abre la puerta a análisis más profundos con futuras ampliaciones de datos.
Curvas que predicen cómo deberían moverse los objetos lejanos del cielo si una onda gravitacional pasa entre ellos. The Astrophysical Journal LettersCuásares como testigos inmóviles del universo
El estudio se basa en una premisa clave: los cuásares, al estar tan alejados de nosotros, no deberían moverse de forma perceptible. Estos objetos son núcleos galácticos extremadamente brillantes, alimentados por agujeros negros supermasivos, situados a miles de millones de años luz. Su lejanía convierte cualquier desplazamiento medido desde la Tierra en un posible efecto externo, como el paso de una onda gravitacional.
El equipo analizó más de 2.100 millones de pares de cuásares, seleccionados del catálogo Quaia con datos de Gaia DR3. Lo que se busca no es el movimiento de un cuásar en particular, sino las correlaciones entre los movimientos aparentes de muchos cuásares según su separación angular en el cielo. Este patrón esperado, conocido como curva de Hellings–Downs astrométrica, permite detectar si las pequeñas oscilaciones están sincronizadas como efecto de una onda gravitacional.
"Presentamos nuevos límites astrométricos sobre el fondo estocástico de ondas gravitacionales y construimos la primera curva de Hellings–Downs usando movimientos propios de cuásares", afirma el artículo original. Esta técnica permite, además, distinguir entre señales reales y artefactos sistemáticos derivados del propio instrumento de observación.
Visión artística del satélite Gaia. Fuente: ESA–D. Ducros, 2013Un método alternativo a las señales de los púlsares
Hasta ahora, la principal forma de estudiar estas ondas lentas era mediante la temporización de púlsares, que actúan como relojes cósmicos. Las variaciones en la llegada de sus señales pueden indicar que el espacio-tiempo ha sido deformado en la línea de visión. El método de Darling añade otra dimensión al problema: en lugar de observar el tiempo, mide ángulos en el cielo.
Este tipo de detección astrométrica no depende del desplazamiento radial de las ondas, sino de sus componentes transversales. Por tanto, ofrece una manera complementaria de observar el mismo fenómeno. Además, puede contribuir a interpretar los datos de los púlsares y resolver dudas sobre su origen: ¿provienen realmente de agujeros negros binarios? ¿O hay algo más exótico en juego?
El análisis también permite descartar interpretaciones alternativas del fondo de ondas, como ciertos modelos cosmológicos o de física de partículas que predicen señales más intensas. Según el estudio, se logró establecer un límite superior en la energía de las ondas gravitacionales en determinadas frecuencias, mejorando las restricciones anteriores obtenidas con interferometría de base muy larga (VLBI).
Mediciones de cómo se mueven los cuásares en el cielo: los datos no muestran aún una señal clara de ondas gravitacionales. Fuente: The Astrophysical Journal LettersPrecisión extrema y barreras técnicas
Medir estos desplazamientos no es sencillo. El movimiento propio aparente de los cuásares es minúsculo, del orden de microsegundos de arco por año. Para ponerlo en contexto, se trata de una variación menor que ver crecer una uña en la Luna desde la Tierra. Además, hay que descontar el movimiento de la Tierra, del Sol y otros efectos sistemáticos, como la deriva de aberración secular o las rotaciones del marco de referencia.
Para evitar sesgos, el estudio eliminó de los datos las componentes de movimiento más evidentes y solo consideró los pares de cuásares con movimientos propios muy pequeños. Finalmente, mediante técnicas estadísticas avanzadas, se construyeron las funciones de correlación esperadas y se compararon con los datos reales. El resultado fue negativo, pero con una sensibilidad sin precedentes.
"Obtenemos un límite de la tensión característica de hc ≤ 2.7 × 10⁻¹² para fref = 1 yr⁻¹", señala el artículo. Eso representa una mejora notable frente a estudios anteriores y sitúa la astrometría óptica como una técnica prometedora en este campo.
Los siguientes pasos
Aunque no se haya detectado una señal clara, el trabajo de Darling ha demostrado que es posible usar astrometría óptica para establecer límites precisos al fondo de ondas gravitacionales. Esto sienta las bases para futuras investigaciones, especialmente considerando que Gaia continuará proporcionando datos más precisos y con mayor cobertura temporal en los próximos años.
Además, se abre la posibilidad de combinar las técnicas de temporización de púlsares con astrometría óptica, lo que permitiría explorar las tres dimensiones del efecto de las ondas gravitacionales. Esta colaboración podría ayudar a determinar si el fondo de ondas es isotrópico, si está polarizado y si contiene componentes que hasta ahora han pasado desapercibidas.
La publicación concluye que los métodos utilizados "no han producido aún una detección astrométrica de ondas gravitacionales", pero la ausencia de una señal también es valiosa, ya que permite acotar los modelos físicos y preparar mejor las herramientas para futuros descubrimientos.
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Referencias
Jeremy Darling. A New Approach to the Low-frequency Stochastic Gravitational-wave Background: Constraints from Quasars and the Astrometric Hellings–Downs Curve. The Astrophysical Journal Letters, 2025. https://doi.org/10.3847/2041-8213/adbf0d.
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