Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo que se presentan en muchas formas. Hasta aquí, Se han observado señales de ondas gravitacionales de corta duración a partir de agujeros negros en colisión y estrellas de neutrones en colisión. pero los científicos esperan encontrar otros tipos de ondas gravitacionales. Una investigación publicada recientemente dirigida por el Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav) estudió ondas continuas:ondas gravitacionales de larga duración, en este caso particular, ondas de estrellas de neutrones (viejas estrellas muertas) en sistemas estelares específicos llamados binarios de rayos X de baja masa. Los detectores de ondas gravitacionales LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser) y Virgo proporcionan datos excelentes para buscar ondas continuas, ya que es probable que sus señales estén presentes en los datos del detector todo el tiempo (en comparación con las ondas gravitacionales de los agujeros negros en colisión, que duran solo un segundo más o menos).

Estrellas de neutrones, que son típicamente alrededor de una vez y media la masa de nuestro sol, son muy compactos con solo 20 km de ancho. Algunas estrellas de neutrones están solas mientras que otros están en sistemas binarios:la estrella de neutrones y una estrella compañera orbitan una alrededor de la otra. El equipo de OzGrav se centró en buscar ondas continuas de estrellas de neutrones en rotación en "binarios de rayos X de baja masa" (LMXB). La masa baja describe al compañero de la estrella de neutrones, que normalmente tiene una masa menor que nuestro sol; se llaman binarios de rayos X porque los científicos han observado rayos X de ellos utilizando telescopios de rayos X.

En el estudio, el equipo buscó ondas continuas de estrellas de neutrones en rotación apuntando directamente a cinco LMXB, que es la primera vez para estos cinco LMXB. Todos los LMXB objetivo tienen observaciones de rayos X que indican qué tan rápido está girando la estrella de neutrones:su frecuencia de rotación. Esta es una información extremadamente útil cuando se buscan ondas continuas, ya que se espera que la frecuencia de la onda continua esté relacionada con la frecuencia de rotación de la estrella de neutrones. Esto permitió al equipo buscar cada LMXB dentro de un rango de frecuencia específico.

La autora principal e investigadora de OzGrav, Hannah Middleton de la Universidad de Melbourne, dice:"Usamos un método de búsqueda, desarrollado por investigadores de la Universidad de Melbourne, que se utilizó anteriormente para buscar otro LMXB llamado Scorpius X-1. Scorpius X-1 es una fuente de onda continua prometedora, porque sus rayos X son muy brillantes, pero las observaciones de rayos X no pudieron medir la frecuencia de rotación de Scorpius X-1. Esto significa que es necesario examinar una amplia gama de frecuencias. Aprovechando las mediciones de rayos X de la frecuencia de rotación de nuestros cinco LMXB, podemos reducir el costo computacional de la búsqueda, a veces hasta en un 99 por ciento ".

Pero conocer la frecuencia de rotación no es suficiente:la frecuencia de onda continua puede no ser igual a la frecuencia de rotación, por lo que el equipo buscó pequeños rangos de frecuencia alrededor de los valores medidos.

"La frecuencia de onda continua podría incluso cambiar lentamente con el tiempo, por lo que debemos poder realizar un seguimiento durante muchos meses de datos, "agrega Middleton." La búsqueda utiliza una técnica llamada modelo de Markov oculto que se usa ampliamente en aplicaciones que van desde el reconocimiento de voz hasta las tecnologías de la comunicación. La búsqueda resultante puede realizar un seguimiento de una señal incluso si la frecuencia cambia de manera impredecible durante una observación ".

Entonces, ¿qué encontraron los científicos? Después de analizar los datos de la segunda ejecución de observación (más de 200 días entre noviembre de 2016 y agosto de 2017), lamentablemente, no encontraron pruebas sólidas de señales de onda continua de estos cinco LMXB. ¡Pero la búsqueda continúa! La tercera ejecución de observación de LIGO y Virgo (de abril de 2019 a marzo de 2020) acaba de completarse, por lo que los científicos de OzGrav tienen un montón de análisis de datos y búsqueda de estrellas para hundir sus dientes.