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La UIB participa en el descubrimiento de la fusión de un agujero negro y un objeto misterioso

El grupo de investigación GRAVITY ha elaborado los modelos utilizados por las colaboraciones LIGO y Virgo para caracterizar la señal de una nueva onda gravitacional que pone luz sobre una de las incógnitas de la astrofísica: la línea divisoria entre las estrellas de neutrones y los agujeros negros

 

Las colaboraciones científicas internacionales Virgo y LIGO han anunciado el descubrimiento de un objeto compacto de aproximadamente 2,6 masas solares, que se sitúa en un intervalo entre la estrella de neutrones más masivo y el agujero negro más ligero nunca vistos. Hace unos 800 millones de años, este objeto se fusionó con un agujero negro de 23 masas solares y, al hacerlo, emitió una intensa onda gravitacional: GW190814, que fue detectada en la Tierra el agosto de 2019 por el detector Advanced Virgo (Pisa, Italia) y los dos detectores Advanced LIGO (Livingston y Hanford, Estados Unidos). Dado que la observación aislada de esta onda no permite distinguir si el objeto compacto es un agujero negro o una estrella de neutrones, su naturaleza exacta todavía es un misterio.

El descubrimiento de la onda GW190814 es de gran importancia para la comunidad científica internacional porque cuestiona la existencia de lo que se denomina hueco en la distribución de masas o mass gap. Este concepto se refiere a la carencia de observaciones de objetos compactos con masas en el intervalo entre las 2,5 y las 5 masas solares, lo cual ha desconcertado durante años los astrónomos.

Esta misteriosa zona gris es el hueco en la distribución de masas: un intervalo de masas aparentemente demasiado pequeñas para ser un agujero negro y demasiado grandes para ser una estrella de neutrones. Ambos se forman cuando estrellas muy masivas agotan su combustible nuclear y explotan como supernovas. Lo que queda depende de la cantidad que permanece del núcleo de la estrella. Los núcleos menos masivos tienden a formar estrellas de neutrones, mientras que los más masivos colapsan en agujeros negros. Ahora bien, la línea que los separa no es clara y supone un reto para la comunidad científica.

Un descubrimiento basado en los modelos de formas de onda elaborados en la UIB

Para caracterizar la señal de la onda gravitacional GW190814, las colaboraciones Virgo y LIGO se han servido de los modelos teóricos de formas de onda elaborados por los investigadores del grupo de Física Gravitacional: Teoria i Observació (GRAVITY) de la Universidad de las Illes Balears. Para el desarrollo de estos modelos ha sido esencial el uso del superordenador más potente del Estado español, el Mare Nostrum. En la elaboración de estos modelos han participado directamente el doctor Sascha Husa, profesor contratado doctor del Departamento de Física de la UIB, los investigadores Juan Calderón y Francesc Jiménez, doctorados a la UIB, y Cecilio García, que defenderá la tesis doctoral en la UIB en las próximas semanas.

El equipo de la UIB, que lidera la doctora Alícia Sintes, ha participado en la colaboración científica LIGO desde sus inicios. En el marco de LIGO, los investigadores de la UIB participaron en un hito histórico para la ciencia: la primera detección de ondas gravitacionales, ondulaciones del espacio-tiempo que llegan a la Tierra a la velocidad de la luz procedentes de un acontecimiento catastrófico en el universo. Este descubrimiento fue merecedor del Premio Nobel de Física en 2017.

El equipo de la UIB

En la actualidad, 15 personas de la UIBforman parte de la colaboración científica LIGO. Recientemente, el grupo GRAVITY ha reforzado esta línea de investigación con la incorporación del doctor David Keitel, investigador distinguido y miembro del consejo de LIGO, gracias al Programa Beatriz Galindo del Ministerio de Ciencia e Innovación.

El grupo GRAVITY ha participado activamente en el último periodo de funcionamiento de Advanced LIGO (O3), que empezó el 1 de abril de 2019 y acabó repentinamente el 27 de marzo de 2020 debido a la pandemia mundial causada por la COVID-19, mientras el doctorando Rodrigo Tenorio realizaba una estancia de tres meses en el observatorio de LIGO en Hanford (Estados Unidos). El doctorando Josep Covas también hizo una estancia en el mismo observatorio entre marzo y junio de 2019, a comienzos de O3, y participó directamente en varias detecciones.

La doctora Alícia Sintes, investigadora principal del grupo GRAVITY y miembro del consejo de LIGO, fue una de las pioneras, hace más de veinte años, en el estudio del impacto de la inclusión de armónicos subdominantes de las señales gravitacionales para los detectores LIGO y la futura misión espacial LISA. GW190814 es la segunda detección en que se han podido medir estos armónicos. Esto ha permitido hacer más pruebas de la teoría de la relatividad general. Estos modos subdominantes han sido objeto de estudio de al menos cuatro tesis doctorales realizadas en la UIB, que han sido dirigidas por los doctores Sascha Husa y Alícia Sintes.

La doctora Sintes está muy orgullosa de su grupo, dado que incluso en este periodo de confinamiento, sus miembros han trabajado muy intensamente. Esta misma semana se han depositado las tesis doctorales de tres doctorandos del grupo, Josep Covas, Antoni Ramos y Cecilio García, que las defenderán próximamente.

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 Economía y Competitividad (FPA2016-76821-P), la Consejería de Educación, Cultura y Universidades 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 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).

Referencia bibliográfica

«GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object». The Astrophysical Journal Letters, 896:L44 (20 pp) 2020. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab960f

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Fecha de publicación: 23/06/2020