Signatures in the local interstellar medium of electromagnetic radiation produced by neutron star gravitational waves

En lo profundo del silencio entre las estrellas, mucho más allá de la burbuja protectora de nuestro Sol, un par de naves espaciales han estado escuchando un zumbido tenue y persistente durante décadas. Estas son las sondas Voyager, los primeros objetos fabricados por el hombre en entrar en el verdadero medio interestelar, el vasto océano de gas y polvo que llena el espacio entre las estrellas. Desde mediados de la década de 1980, y continuando mucho después de haber cruzado el límite conocido como la heliopausa, sus instrumentos han detectado oscilaciones de plasma —ondulaciones en el gas cargado eléctricamente del espacio— que vibran a una frecuencia de aproximadamente 3,000 ciclos por segundo. Durante cuarenta años, los científicos han intentado identificar la fuente de este ruido cósmico. Si bien algunas teorías sugerían que las ondulaciones eran causadas por tormentas solares golpeando el borde de nuestro sistema solar, han crecido las dudas de que nuestro propio Sol pudiera ser responsable de señales que persisten mucho después de que la actividad solar se ha desvanecido. La pregunta sigue siendo: ¿qué está generando estas ondas constantes y de baja frecuencia en la oscuridad profunda?

Un nuevo estudio propone una respuesta radical, sugiriendo que la fuente no reside en nuestro sistema solar, sino en las vidas violentas de las estrellas muertas. Los investigadores, Preston Jones, Pragati Pradhan y Douglas Singleton, exploran un mecanismo teórico donde las ondas gravitacionales emitidas por estrellas de neutrones podrían generar la radiación electromagnética que Voyager está escuchando. Las estrellas de neutrones son los núcleos colapsados e increíblemente densos de estrellas masivas que han explotado. Algunas de estas estrellas giran cientos de veces cada segundo y, al rotar, pueden enviar ondas en el tejido del espacio y el tiempo conocidas como ondas gravitacionales. El artículo sugiere que, a medida que estas ondas gravitacionales viajan por el espacio, pueden interactuar con el vacío mismo para producir radiación electromagnética, un proceso que los autores llaman "coproducción".

La lógica de esta conexión se basa en una cadena específica de eventos que involucra la frecuencia. Las estrellas de neutrones que giran más rápidamente pueden rotar aproximadamente 700 veces por segundo. Si una estrella de este tipo emite ondas gravitacionales, la teoría predice que esas ondas oscilarían al doble de la tasa de rotación, o aproximadamente 1,400 veces por segundo. La teoría de la coproducción sugiere entonces que estas ondas gravitacionales, a su vez, generarían ondas electromagnéticas al doble de su propia frecuencia. Esto resulta en una señal final que vibra aproximadamente 3,000 veces por segundo, lo cual coincide con la frecuencia exacta de las oscilaciones de plasma detectadas por Voyager. Esta alineación matemática ofrece una explicación convincente de por qué las señales están en este tono específico, un detalle que las teorías anteriores basadas en el Sol tuvieron dificultades para explicar.

Sin embargo, los autores advierten cuidadosamente que esto es una sugerencia basada en cálculos teóricos, no un descubrimiento confirmado. Calculan que para que una estrella de neutrones produzca una señal lo suficientemente fuerte como para ser escuchada por Voyager, tendría que estar relativamente cerca, dentro de un límite teórico de unos 150 pársecs (aproximadamente 490 años luz), y ser extremadamente energética. El artículo identifica los remanentes de supernovas conocidos como Cassiopeia A y Vela Jr. como candidatos probables para producir tales ondas gravitacionales energéticas, aunque señala que el púlsar Vela en sí mismo está aproximadamente al doble de la distancia límite estimada de la Tierra, lo que lo convierte en un candidato menos probable para las observaciones específicas de Voyager. Los investigadores también consideran cómo las señales podrían persistir durante años. Proponen que, si bien el estallido inicial de energía de un evento de estrella de neutrones puede ser corto, las ondulaciones resultantes en el plasma interestelar podrían mantenerse debido a las propiedades únicas del espacio entre las estrellas, de forma muy similar a una campana que continúa sonando mucho después de haber sido golpeada.

El estudio también analiza el contexto más amplio de lo que ha observado Voyager. La nave espacial ha detectado rayos cósmicos, partículas de alta energía, llegando a una tasa que coincide aproximadamente con la frecuencia de los "glitches", o aceleraciones repentinas, en la rotación de estrellas de neutrones conocidas. Esta correlación añade peso a la idea de que las estrellas de neutrones son la fuente de la actividad que Voyager está presenciando. Si las oscilaciones de plasma son, de hecho, el resultado de la conversión de ondas gravitacionales en ondas de radio, significaría que las sondas Voyager están actuando efectivamente como detectores para un tipo de onda gravitacional que los observatorios actuales en la Tierra no pueden ver. Los detectores existentes están sintonizados con frecuencias mucho más bajas y perderían estas señales rápidas y de tono alto.

Los autores enfatizan que la prueba más sólida de esta teoría sería la detección simultánea de una señal de onda gravitacional a 1,500 ciclos por segundo y la oscilación de plasma a 3,000 ciclos por segundo. Examinaron datos del verano de 2017, cuando Voyager registró un evento de rayos cósmicos y una oscilación de plasma, y notaron que no se reportó ninguna señal de onda gravitacional en ese momento. Sin embargo, el artículo aclara que esta ausencia de detección es consistente con que la fuente esté más allá de los límites actuales de sensibilidad de alta frecuencia de los detectores, en lugar de ser un resultado negativo definitivo de una búsqueda específica en esa ventana. El artículo concluye que, si bien la evidencia aún no es definitiva, la teoría de la coproducción proporciona una explicación plausible y físicamente consistente para un misterio que ha perdurado durante décadas. Sugiere que el zumbido que Voyager escucha es el eco del giro de una estrella moribunda, transformado por las leyes de la física en un sonido que puede viajar a través de la galaxia.