El grupo Gravity de la UIB ha contribuido al análisis de las 39 nuevas señales detectadas entre el 1 de abril y el 1 de octubre de 2019 por los detectores de LIGO y Virgo
Después de un tercer periodo de observación muy exitoso y tras varios meses de exhaustivo análisis, la Colaboración Científica LIGO y la Colaboración Virgo han publicado un nuevo catálogo actualizado de detecciones de ondas gravitacionales. El nuevo catálogo GWTC-2 continúa el anterior, que incluía las detecciones de los dos primeros periodos de observación (GWTC-1, publicado en noviembre de 2018), y contiene 39 señales nuevas provenientes de colisiones de agujeros negros o estrellas de neutrones detectadas entre el 1 de abril y el 1 de octubre de 2019, lo que supone un incremento de más del triple de detecciones confirmadas. El nuevo conjunto incluye algunos de los sistemas más interesantes observados hasta la fecha, y permite nuevos estudios cualitativos y cuantitativos sobre poblaciones astrofísicas y física fundamental.
Un total de cuatro artículos científicos van a ser publicados simultáneamente, presentando el catálogo de nuevas fuentes (https://dcc.ligo.org/P2000061/public), un estudio de las implicaciones astrofísicas (https://dcc.ligo.org/P2000061/public), pruebas de la relatividad general (https://dcc.ligo.org/P2000091/public) y una búsqueda de ondas gravitacionales asociadas a brotes de rayos gamma (gamma-ray bursts en inglés), que no ha detectado señales adicionales (https://dcc.ligo.org/P2000040/public). Resúmenes de los artículos mencionados van a estar disponibles en https://ligo.org/science/outreach.php.
El fuerte incremento en el número de detecciones ha sido posible gracias a mejoras significativas en los instrumentos de observación con respecto a periodos de observación previos. Entre estas mejoras, se incluyen un aumento de la potencia del láser, espejos mejorados y, de manera destacada, el uso de tecnología de compresión cuántica (quantum squeezing). Con todo ello, estas mejoras han permitido una mejora en torno al 60% en el rango con que las señales pueden detectarse. Además, los detectores pudieron operar sin interrupción más a menudo que en el pasado, con un ciclo de trabajo del 75% con respecto al 60% anterior.
Con todas estas nuevas señales, podemos mejorar nuestra comprensión de las poblaciones de agujeros negros y estrellas de netrones en el universo. Al analizar simultáneamente todo el conjunto de fusiones de binarias de agujeros negros, podemos maximizar la información astrofísica que extraemos de dichos análisis. De ellos inferimos que la distribución de masas de agujeros negros no sigue una simple distribución potencial. Midiendo las desviaciones respecto de esta ley potencial seremos capaces de aprender sobre la formación de estos agujeros negros, ya sea como el resultado de muertes estelares como de previas colisiones. Considerar la población completa como un conjunto también nos permitirá hacer medidas más sólidas de propiedades difíciles de medir, como puede ser el espín o momento angular del agujero negro. Encontramos así que algunos agujeros negros en proceso de fusión tienen espines desalineados con su momento orbital angular. Esto nos permite demostrar cuales son los regímenes en los que estas binarias se forman.
También podemos utilizar las numerosas señales del catálogo actualizado para poner a prueba la teoría de la gravedad de Einstein, de más y mejores formas que en el pasado. Esto ha sido posible comparando los datos con predicciones de la teoría, acotando así posibles desviaciones respecto a las predicciones. Se han combinado los resultados de múltiples señales usando nuevos métodos estadísticos para obtener las mejores cotas hasta la fecha a las propiedades de la gravedad en el régimen fuerte y altamente dinámico de las fusiones de agujeros negros. Con el nuevo catálogo, LIGO y Virgo también pudieron estudiar de manera directa las propiedades de los objetos remanentes que son producidos por la fusión: midiendo las vibraciones de estos objetos, y descartando posibles “ecos” posteriores a la señal principal, LIGO y Virgo han confirmado que los remanentes se comportan tal como esperamos que lo hagan los agujeros negros en la teoría de Einstein.
Los resultados presentados en el nuevo catálogo corresponden exclusivamente a los primeros seis meses del tercer periodo de observación de LIGO y Virgo. Los resultados de los cinco meses restantes están siendo analizados. Mientras tanto, se están llevando a cabo mejoras en los instrumentos de LIGO y Virgo para la preparación del cuarto periodo de observación, durante el cual el detector KAGRA en Japón va a ser incorporado. Muchos interesantes descubrimientos están por llegar.
El grupo de investigación GRAVITY de la Universitat de les Illes Balears (UIB) ha contribuido de diversas formas a la obtención de estos resultados: La líder del grupo, Alicia Sintes, ha actuado como revisora de los resultados de la búsqueda de brotes de rayos gamma (Gamma-ray bursts). Además, el grupo ha contribuido al desarrollo de modelos teóricos que se utilizan para decodificar las propiedades de las fuentes astrofísicas, en un esfuerzo liderado por Sascha Husa, junto con una participación activa en la estimación de parámetros de varios de los nuevos eventos. Los estudiantes de doctorado Pep Covas (ahora ya doctor) y Rodrigo Tenorio han trabajo en el detector de Hanford de manera presencial durante tres meses cada uno caracterizando el ruido del detector durante este periodo de observación, un trabajo esencial para distinguir las señales astrofísicas de artefactos terrestres debidos al ruido, y David Keitel ha coordinado los resúmenes de divulgación de las cuatro nuevas publicaciones.
Paralelamente, el grupo ha estado muy activo en 2020, publicando nuevos modelos, altamente eficientes, de colisiones binarias, lo que permitirá a la comunidad científica estudiar la sinfonía completa de las ondas gravitaciones, incluyendo sus diferentes armónicos. Hasta ahora, los armónicos de las señales de onda gravitacional no se han utilizado de manera rutinaria, y en el catálogo que ha sido publicado se ha limitado el estudio sistemático del efecto de estos armónicos, debido al alto coste computacional que suponía. Los modelos que el grupo de la UIB ha presentado durante este año 2020, en un total de seis publicaciones (dos de las cuales todavía se encuentran en el proceso de revisión por pares), permitirán estudiar los armónicos de manera sistemática y eficiente para todos los eventos detectados en este catálogo y en futuras actualizaciones. Los primeros estudios utilizando los modelos nuevos han permitido refinar los resultados para el evento GW190412 (publicado originalmente en Abril), en una publicación del grupo de la UIB, y también sugieren una posible interpretación alternativa de la fusión de agujeros negros más masiva detectada hasta la fecha, GW190521 (publicada originalmente en septiembre). Este último trabajo ha sido realizado por un grupo del Albert Einstein Institute en Alemania.
‘’Como para todo el mundo, este ha sido un año remarcable para nuestro grupo, con muchos altibajos, y hemos publicado el mayor número de artículos científicos de todos los años, sin tener en cuenta aquellos de la colaboración LIGO. Estoy aliviado ahora que este catálogo ha sido publicado, pero diría que incluso más debido a que hemos obtenido casi otras diez millones de horas de tiempo de computación por la Red Española de Supercomputadores (RES), que nos permite continuar con nuestro trabajo por otros cuatro meses al mismo nivel, y poder estudiar así los candidatos de eventos más interesantes para el próximo catálogo de ondas gravitacionales. Estoy particularmente agradecido de poder trabajar con el supercomputador Mare Nostrum, uno de los ordenadores más rápidos en Europa’’, señala Sascha Husa (UIB).
“Es muy difícil para un grupo en Mallorca el poder contribuir a un esfuerzo científico de tanta escala, y a la vez colaborar y competir con instituciones como el Instituto Tecnológico de California, el MIT o la Sociedad Max Planck alemana con los medios de los que disponemos, pero somos optimistas en que España reconozca la importancia del i+d+i y aumente su inversión hacia una economía basada en el conocimiento ”, añade Alicia Sines, líder del grupo en la Universitat de les Illes Balears (UIB).
En total cinco grupos en España están contribuyendo a la astronomía de ondas gravitacionales como miembros de las colaboraciones LIGO o Virgo, en áreas que van desde el modelado teórico de las fuentes astrofísicas y el análisis de los datos hasta la mejora de la sensibilidad del detector para los períodos de observación actuales y futuros. Dos grupos, en la Universitat de les Illes Balears (UIB) y el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), forman parte de la Colaboración Científica LIGO; mientras que la Universitat de València (UV), el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) de Barcelona son miembros de Virgo.
El grupo GRAVITY de la UIB es miembro del Instituto de Aplicaciones Computacionales de Código Comunitario (IAC3) de la UIB y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC). Tiene el apoyo del Ministerio de Cienca e Innovación (PID2019-106416GB-I00/AEI/10.13039/501100011033, FPA2016-76821-P), la Vicepresidencia y Consejería de Innovación, Investigación y Turismo, la Dirección General de Política Universitaria y Investigación con fondos de la Ley de Impuestos de Estancias Turísticas (ITS2017-006, PRD2018/24), la Consejería de Educación, Cultura y Universidades del Gobierno de las Illes Balears, el Fondo Social Europeo, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, la Consejería de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana (PROMETEO/2019/071), de la Red Española de Supercomputación y PRACE. Además, participa en las redes Consolider Multidark (FPA2017-90566-REDC) y Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN- FPA2017-90687-REDC), la red estratégica RED2018-102573-E, la red de excelencia: Red Nacional de Astropartículas (RENATA- RED2018-102661-T) y en varias COST Actions de la Unión Europea (CA18108, CA17137, CA16214 y CA16104).
Información adicional sobre los observatorios de ondas gravitacionales:
La Colaboración Virgo está compuesta actualmente por unos 580 miembros procedentes de 109 instituciones en 13 países diferentes, incluyendo Bélgica, Francia, Alemania, Grecia, Hungría, Irlanda, Italia, los Países Bajos, Polonia, Portugal y España. El Observatorio Gravitacional Europeo (EGO, por sus siglas en inglés) alberga el detector Virgo cerca de Pisa, en Italia, y está financiado por el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en Francia, el Instituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italia, y Nikhef en los Países Bajos. Una lista de los grupos de la Colaboración Virgo puede encontrarse en http://public.virgo-gw.eu/the-virgo-collaboration/. Más información está disponible en la página web de Virgo: http://www.virgo-gw.eu.
LIGO ha sido financiado por la National Science Foundation (NSF) y operado por Caltech y MIT, que concibieron LIGO y lideraron el proyecto. El NSF, junto con Alemania (Sociedad Max-Planck), el Reino Unido (Science and Technology Facilities Council) y Australia (Australian Research Council - OzGrav) lideraron el apoyo económico para el proyecto Advanced LIGO, aportando compromisos y contribuciones significativas al proyecto. Aproximadamente 1.300 científicos de todo el mundo participan en las tareas de la Colaboración Científica LIGO, que incluye la Colaboración GEO. Una lista de los colaboradores adicionales está disponible en https://my.ligo.org/census.php.
Publicaciones mencionados de la colaboración LIGO-Virgo
- Catálogo de nuevas fuentes: https://dcc.ligo.org/P2000061/public
GWTC-2: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo During the First Half of the Third Observing Run
- Estudio de las implicaciones astrofísicas: https://dcc.ligo.org/P2000077/public
Population properties of compact objects from the second LIGO–Virgo Gravitational-Wave Transient Catalog
- Pruebas de la relatividad general: https://dcc.ligo.org/P2000091/public
Tests of General Relativity with Binary Black Holes from the second LIGO–Virgo Gravitational-Wave Transient Catalog
- Búsqueda de ondas gravitacionales asociadas a brotes de rayos gamma: https://dcc.ligo.org/P2000040/public.
Search for Gravitational Waves Associated with Gamma-Ray Bursts detected by Fermi and Swift during the LIGO-Virgo Run O3a
Publicaciones mencionadas del Grupo UIB
● Towards the routine use of subdominant harmonics in gravitational-wave inference: re-analysis of GW190412 with generation X waveform models
Authors: Marta Colleoni, Maite Mateu-Lucena, Héctor Estellés, Cecilio García-Quirós, David Keitel, Geraint Pratten, Antoni Ramos-Buades, Sascha Husa
https://arxiv.org/abs/2010.05830, October 2020
● IMRPhenomTP: A phenomenological time domain model for dominant quadrupole gravitational wave signal of coalescing binary black holes
Authors: Héctor Estellés, Antoni Ramos-Buades, Sascha Husa, Cecilio García-Quirós, Marta Colleoni, Leïla Haegel, Rafel Jaume
https://arxiv.org/abs/2004.08302, April 2020, submitted to Physical Review D
● Let's twist again: computationally efficient models for the dominant and sub-dominant harmonic modes of precessing binary black holes
Authors: Geraint Pratten, Cecilio García-Quirós, Marta Colleoni, Antoni Ramos-Buades, Héctor Estellés, Maite Mateu-Lucena, Rafel Jaume, Maria Haney, David Keitel, Jonathan E. Thompson, Sascha Husa
https://arxiv.org/abs/2004.06503, April 2020, submitted to Physical Review D
● Setting the cornerstone for the IMRPhenomX family of models for gravitational waves from compact binaries: The dominant harmonic for non-precessing quasi-circular black holes
Authors: Geraint Pratten, Sascha Husa, Cecilio Garcia-Quiros, Marta Colleoni, Antoni Ramos-Buades, Hector Estelles, Rafel Jaume
https://arxiv.org/abs/2001.11412 January 2020,
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.102.064001 September 2020
● Validity of common modelling approximations for precessing binary black holes with higher-order modes
Authors: Antoni Ramos-Buades, Patricia Schmidt, Geraint Pratten, Sascha Husa
https://arxiv.org/abs/2001.10936 January 2020,
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.101.103014 May 2020
● IMRPhenomXHM: A multi-mode frequency-domain model for the gravitational wave signal from non-precessing black-hole binaries
Authors: Cecilio García-Quirós, Marta Colleoni, Sascha Husa, Héctor Estellés, Geraint Pratten, Antoni Ramos-Buades, Maite Mateu-Lucena, Rafel Jaume
https://arxiv.org/abs/2001.10914, January 2020
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.102.064002, September 2020
● Accelerating the evaluation of inspiral-merger-ringdown waveforms with adapted grids
Authors: Cecilio García-Quirós, Sascha Husa, Maite Mateu-Lucena, Angela Borchers
https://arxiv.org/abs/2001.10897, January 2020
Classical and Quantum Gravity (https://iopscience.iop.org/journal/0264-9381), in print, October 2020
Contenido multimedia
Más material puede encontrarse en las siguientes páginas:
- Colaboración Científica LIGO: https://www.ligo.org/detections/
- Colaboración Virgo:http://www.virgo-gw.eu/
Entre los materiales de comunicación preparados por las colaboraciones LIGO y Virgo, y disponibles en la última página web, se encuentran los resúmenes científicos (en varios idiomas, incluyendo castellano), gráficos, vídeos y material multimedia.
Documentos relacionados
Fecha de publicación: 29/10/2020