El Observatorio de Ondas Gravitacionales de Nanohercios de América del Norte ( NANOGrav ) es un consorcio de astrónomos [1] que comparten un objetivo común de detectar ondas gravitacionales a través de observaciones regulares de un conjunto de púlsares de milisegundos utilizando el Telescopio Green Bank , el Observatorio de Arecibo , el Very Large Array y el Experimento Canadiense de Mapeo de Intensidad de Hidrógeno (CHIME) . Los planes de observación futuros incluyen hasta el 25% del tiempo total del Deep Synoptic Array 2000 (DSA2000). Este proyecto se está llevando a cabo en colaboración con socios internacionales en el Parkes Pulsar Timing Array en Australia, el European Pulsar Timing Array y el Indian Pulsar Timing Array como parte del International Pulsar Timing Array .
Las ondas gravitacionales son una predicción importante de la teoría general de la relatividad de Einstein y son resultado del movimiento de la materia, las fluctuaciones durante el universo primitivo y la dinámica del propio espacio-tiempo . Los púlsares son estrellas de neutrones de rápida rotación y altamente magnetizadas que se forman durante las explosiones de supernovas de estrellas masivas. Actúan como relojes de gran precisión con una gran cantidad de aplicaciones físicas que van desde la mecánica celeste, la sismología de estrellas de neutrones, las pruebas de gravedad de campo intenso y la astronomía galáctica.
La idea de utilizar púlsares como detectores de ondas gravitacionales fue propuesta originalmente por Sazhin [4] y Detweiler [5] a fines de la década de 1970. La idea es tratar el baricentro del sistema solar y un púlsar distante como extremos opuestos de un brazo imaginario en el espacio. El púlsar actúa como el reloj de referencia en un extremo del brazo y envía señales regulares que son monitoreadas por un observador en la Tierra. El efecto del paso de una onda gravitacional sería perturbar la métrica del espacio-tiempo local y causar un cambio en la frecuencia rotacional observada del púlsar.
Hellings y Downs [6] extendieron esta idea en 1983 a una matriz de púlsares y descubrieron que un fondo estocástico de ondas gravitacionales produciría una señal correlacionada para diferentes separaciones angulares en el cielo, ahora conocida como la curva Hellings-Downs . Este trabajo estaba limitado en sensibilidad por la precisión y estabilidad de los relojes de púlsar en la matriz. Tras el descubrimiento del primer púlsar de milisegundos en 1982, Foster y Donald C. Backer [7] estuvieron entre los primeros astrónomos en mejorar seriamente la sensibilidad a las ondas gravitacionales al aplicar el análisis Hellings-Downs a una matriz de púlsares de milisegundos altamente estables.
La aparición de sistemas de adquisición de datos digitales de última generación, nuevos radiotelescopios y sistemas receptores y el descubrimiento de muchos nuevos púlsares mejoraron la sensibilidad del conjunto de cronometraje de púlsares a las ondas gravitacionales. El artículo de 2010 de Hobbs et al. [8] resume el estado inicial del esfuerzo internacional. El artículo de 2013 de Demorest et al. [9] describe la publicación de datos de cinco años, el análisis y el primer límite NANOGrav en el fondo de ondas gravitacionales estocásticas. Le siguieron las publicaciones de datos de nueve y once años en 2015 y 2018, respectivamente. Cada uno limitó aún más el fondo de ondas gravitacionales y, en el segundo caso, se refinaron las técnicas para determinar con precisión el baricentro del sistema solar.
En 2020, la colaboración presentó la primera evidencia de fondo de ondas gravitacionales dentro de la publicación de datos de 12,5 años, tomando la forma de un ruido consistente con las expectativas; sin embargo, no se pudo atribuir definitivamente a las ondas gravitacionales. [10] [11]
En la Encuesta Decenal de Astronomía y Astrofísica de 2020 , las Academias Nacionales de Ciencias nombraron a NANOGrav como uno de los ocho proyectos de astrofísica de escala media recomendados como de alta prioridad para su financiación en la próxima década.
En junio de 2023, NANOGrav publicó más evidencia de un fondo de ondas gravitacionales estocásticas utilizando la publicación de datos de 15 años. En particular, proporciona una medición de la curva Hellings-Downs, [12] el signo único del origen de las ondas gravitacionales de las observaciones. [13] [14]
La NSF financió por primera vez a investigadores dentro de NANOGrav como parte del programa Partnerships for International Research and Education (PIRE) de 2010 a 2015; el programa Physics Frontiers Center (PFC) de 2015 a 2021; y a partir de una segunda subvención PFC que comenzó en 2021. NANOGrav como PFC de la NSF ha recibido el apoyo de las Divisiones de Física y Ciencias Astronómicas de la NSF y del programa Windows on the Universe. La NSF también ha contribuido a respaldar el International Pulsar Timing Array a través del programa AccelNet. NANOGrav también ha recibido el apoyo de la Fundación Gordon y Betty Moore, el Consejo de Investigación en Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá y el Instituto Canadiense de Investigación Avanzada.
Las actividades de investigación de NANOGrav también han sido apoyadas por subvenciones para investigadores individuales otorgadas a través del Consejo de Investigación en Ciencias Naturales e Ingeniería ( NSERC ) en Canadá, la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y la Corporación de Investigación para el Avance Científico en los EE. UU.
