Proposen utilitzar l'òrbita de la Lluna per detectar ones gravitacionals

17/03/2022

Les ones gravitacionals, predites per Albert Einstein a principis del segle passat i detectades per primera vegada el 2015, són un nou missatger dels processos més violents que tenen lloc a l'Univers. Els detectors escodrinyen diferents rangs de freqüències, com qui sintonitza emissores de ràdio movent el dial. No obstant això, hi ha freqüències impossibles de cobrir pels dispositius actuals i que poden albergar senyals fonamentals per entendre el cosmos. En particular, les ones al microhertz, que poden haver estat generades a les albors de l'univers, són pràcticament invisibles fins i tot en les propostes tecnològiques més avançades.

Els investigadors Diego Blas, del Departament de Física de la UAB i de l'Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), i Alexander Jenkins, de l'University College de Londres (UCL), proposen en un article publicat recentment a la prestigiosa Physical Review Letters que hi ha un detector natural d'ones gravitacionals al nostre entorn: el sistema Terra-Luna. El constant copejar de les ones gravitacionals en aquest sistema genera diminutes desviacions a l'òrbita lunar. Si bé aquests canvis són minúsculs, Blas i Jenkins plantegen aprofitar el fet que la posició de la Lluna es coneix amb una precisió d'un centímetre, gràcies a l'ús de làsers enviats des de diferents observatoris que contínuament es reflecteixen en miralls que van ser deixats en la superfície lunar per les missions Apollo, entre d'altres. Aquesta increïble precisió, de més d’una part en mil milions, és la que pot permetre que la petita pertorbació d'ones gravitacionals primordials es pugui detectar. El període de la Lluna és d'uns 28 dies, fet que es tradueix en una sensibilitat particularment rellevant al microhertz, la banda d'interès.

De manera similar, els investigadors també proposen l'ús de la informació que poden donar altres sistemes binaris de l'univers com a detectors d'ones gravitacionals. És el cas dels sistemes de púlsars binaris que hi ha distribuïts per la galàxia, sistemes on el feix de radiació del púlsar permet obtenir les òrbites de les estrelles amb increïble precisió (precisions d'una part en un milió). Atès que aquestes òrbites tenen períodes d'uns 20 dies, el pas d'ones gravitacionals amb freqüències de microhertz els afecta particularment. Els investigadors consideren que aquests sistemes també poden ser un potencial detector per al pas de les ones gravitacionals d'aquest rang de freqüències.

Amb aquests “detectors naturals” d'ones gravitacionals al microhertz, Blas i Jenkins han estat capaços de plantejar una nova forma d'estudiar les ones gravitacionals emeses a l'univers primitiu. En particular, les causades per la possible presència de transicions de fase molt energètiques a l'univers primordial, comunes a molts models de l'univers primerenc.

“El més interessant és potser que aquest mètode complementa les futures missions de l'ESA/NASA, com ara LISA, i els observatoris terrestres com SKA, per aconseguir una cobertura gairebé total de les ones gravitacionals entre el nanohertz (SKA) i el centenar d’hertzs (LIGO/VIRGO). Aquesta cobertura és vital per poder tenir una imatge precisa de l'evolució de l'univers, així com de la seva composició”, explica Diego Blas. “Cobrir la banda del microhertz constituïa un desafiament que ara pot ser que sigui factible sense necessitat de construir nous detectors, només observant òrbites de sistemes ja coneguts. Aquesta connexió entre aspectes fonamentals de l'univers i objectes més mundans és particularment fascinant i pot eventualment portar a la detecció dels senyals més primitius coneguts i canviar la nostra comprensió del cosmos”, conclou.

Article científic:

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