Escuchar

LIGO detecta ondas gravitacionales por tercera vez

El Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universitat de les Illes Balears participa a través de la Colaboración Científica LIGO en la detección de este fenómeno fruto de la fusión de dos agujeros negros  

El Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO) ha hecho la tercera detección de ondas gravitacionales. Cómo en los dos casos anteriores, las ondas han sido generadas por la fusión de dos agujeros negros que han formado uno de mayor tamaño.

Este hallazgo consolida la existencia de una nueva clase de pareja de agujeros negros, o agujeros negros binarios, con masas más grandes que las que se habían detectado nunca antes de LIGO. Así, el agujero negro surgido de la fusión de los dos agujeros negros de la tercera detección tiene una masa que es 49 veces la del Sol. Esto llena la diferencia que había entre los dos agujeros negros de las dos primeras detecciones de LIGO: en la primera detección, la masa del agujero negro era 62 veces la del Sol, mientras que en la segunda detección la masa del agujero negro era 21 veces la del Sol.

La tercera detección de ondas gravitacionales que ha hecho la Colaboración Científica LIGO, en la cual participa el Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universidad de las Illes Balears, tuvo lugar el pasado 4 de enero de 2017, en el marco del actual periodo de observación de LIGO. Este periodo empezó el 30 de noviembre de 2016 y se alargará hasta pasado el verano.

En la colaboración científica LIGO participan más de 1.000 investigadores de todo el mundo. Las observaciones se hacen a través de dos detectores -uno en Hanford (Washington, EE.UU.), y el otro en Livingston (Luisiana, EE.UU.)- que están operados por Caltech y el MIT con la financiación de la National Science Foundation (NSF).

La primera observación directa de las ondas gravitacionales la hizo LIGO el septiembre de 2015, durante su primer periodo de observación. La segunda detección tuvo lugar el diciembre de 2015. La tercera detección, llamada GW170104, se describe en un artículo que publica la revista científica internacional Physical Review Letters.

En los tres casos, cada uno de los dos detectores de LIGO detectó ondas gravitacionales de la fusión enormemente energética de parejas de agujeros negros. Estas colisiones producen más energía, en el instante anterior a la fusión de los agujeros negros, que la energía emitida como luz por todas las estrellas y las galaxias del Universo en cualquier momento. La última detección es la más lejana, con los agujeros negros localizados aproximadamente a 3 mil millones de años luz. Los agujeros negros de la primera y la segunda detección estaban a una distancia de 1.300 y 1.400 millones de años luz, respectivamente.

El giro de los agujeros negros

La nueva observación también proporciona pistas sobre las direcciones de giro de los agujeros negros. En la medida que las parejas de agujeros negros hacen espirales uno alrededor del otro, también giran sobre sus propios ejes. A veces, el giro de los agujeros negros se hace en la misma dirección orbital en la cual gira la pareja -es lo que los astrónomos conocen como giros alineados- y a veces giran en dirección opuesta al movimiento orbital -esto se conoce como giro antialineado. Aún más, los agujeros negros también pueden estar inclinados fuera del plan orbital. Esencialmente, los agujeros negros pueden girar en cualquier dirección.

Los nuevos datos de LIGO no pueden determinar si los agujeros negros observados recientemente estaban inclinados, pero sí que pueden indicar que al menos un de los agujeros negros estaba posiblemente no alineado en comparación con el movimiento orbital, y esto da pistas sobre cómo se habría formado la pareja de agujeros negros.

Hay dos modelos que explican cómo se pueden formar las parejas de agujeros negros. En un modelo, los agujeros negros se unen al final de su vida a través de grupos estelares densos. Los agujeros negros se emparejan después de hundirse en el centro del grupo de estrellas. En este escenario, los agujeros negros pueden girar en cualquier dirección relativa a su movimiento orbital.

El otro modelo propone que los agujeros negros nacen juntos. Se forman cuando cada estrella de la pareja explota, y entonces, como las estrellas originales giraban alineados, los agujeros negros siguen alineados. LIGO ha puesto sobre la mesa evidencias que los agujeros negros de la tercera detección pueden no estar alineados, favoreciendo así la teoría de los grupos estelares densos.

El estudio también pone a prueba las teorías de Albert Einstein. Por ejemplo, los investigadores han buscado un efecto denominado dispersión, que se da cuando la luz ondula en un medio físico como el vidrio y viaja a diferentes velocidades según la longitud de onda. Así es como un prisma crea un arco iris. La teoría general de Albert Einstein mantiene que la dispersión no se puede producir en las ondas gravitacionales en la propagación desde su fuente hasta la Tierra. LIGO no ha encontrado evidencias de este efecto, lo cual vuelve a hacer patente que Einstein tenía razón.

Los investigadores seguirán buscando en los datos recogidos por LIGO nuevas señales de ondas gravitacionales. De hecho, ya están trabajando en las mejoras técnicas que se introducirán en el siguiente periodo de observación, que está programado que empiece al final de 2018, durante el cual la sensibilidad de los detectores será mejorada.

LIGO

LIGO tiene la financiación de la National Science Foundation (NSF), y es operado por Caltech y el MIT, que han concebido y construido el proyecto. Advanced LIGO está financiado por la NSF, junto con Max Planck Society (Alemania), el Science and Technology Facilities Council (Reino Unido) y el Australian Research Council (Australia), que han contribuido significativamente al proyecto. Más de 1.000 científicos de todo el mundo participan en el esfuerzo a través de la Colaboración Científica LIGO, que incluye la colaboración GEO. LIGO hace equipo con la colaboración VIRGO, un consorcio que incluye 280 científicos de todo Europa con el apoyo del Centro National de la Recherche Scientifique (CNRS), la Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) y Nikhef, así como la institución anfitriona de VIRGO, el European Gravitational Observatory. El resto de socios de LIGO están detallados en: http://ligo.org/partners.php.

GRG

El Grupo de Relatividad y Gravitación (GRG) de la UIB es el único grupo de investigación en España que ha participado en las tres detecciones de ondas gravitacionales a través de la Colaboración Científica LIGO y GEO. La UIB participa en la Colaboración Científica LIGO desde 2002, si bien la doctora Alícia Sintes, profesora del Departamento de Física, fue una de las investigadoras que intervino en la puesta en marcha de este grupo de científicos en 1997. La doctora Sintes y el doctor Sascha Husa, también profesor de la UIB y miembro del GRG, forman parte del Consejo de LIGO. Además, un grupo formado por investigadores del Departamento de Astronomía y Astrofísica y del Departamento de Matemáticas de la Universidad de València es el primer grupo español que forma parte de la Colaboración VIRGO desde julio de 2016.

El Grupo de Relatividad y Gravitación 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 Economía y Competitividad (FPA2016-76821-P), la Consejería de Educación, Cultura y Universidades y la Vicepresidencia y Consejería de Innovación, Investigación y Turismo del Gobierno de las Illes Balears, el Fondo Social Europeo, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, la Red Española de Supercomputación y PRACE. Además, participa en el proyecto Consolider Ingenio Multidark (CSD2009-00064) y forma parte la red Consolider: Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN – FPA2015-69037-REDC) y de las redes de excelencia: Red Nacional de Astropartículas (RENATA- FPA2015-68783-REDT) y Red Temática de Ondas Gravitacionales (REDONGRA – FPA2015-69815-REDT).

Para más información:

Referencia bibliográfica

B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific and Virgo Collaboration). «GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2». Physical Review Letters, 118, 221101, 1 de juny de 2017. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.221101

Noticias relacionadas

Fecha de publicación: 01/06/2017