LIGO detecta ondas gravitacionales por tercera vez

Representación artística de cómo dos agujeros negros se unen, similar a los que detecto LIGO. Crédito: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

Una, dos y ahora tres veces históricas ondas que han venido desde el espacio profundo — se ha confirmado de nuevo por un chirriante sonido que fue como música para el alma para el grupo de científicos mundiales esperándolo. 

Un equipo de científicos internacionales, incluyendo a científicos e ingenieros de la Northwestern University, anunciaron el primero de junio la tercera detección de ondas gravitacionales — ondas en la fábrica del espacio tiempo, que por primera predijo Albert Einstein hace más de un siglo. 

El Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) Observatorio de detección de ondas gravitacionales, la sigla proviene del inglés, realizo una detección el 4 de enero de 2017, demostrando que por fin se abre una nueva y firme ventana en astronomía. Las ondas gravitacionales pasan a través dela Tierra y pueden ser “oídas” por los extremadamente sensibles detectores de LIGO. Como fue en el caso de las primeras dos detecciones, las ondas fueron generadas cuando dos agujeros negros se unieron para formar uno más grande. 

En largamente esperado triunfo de septiembre de 2015 de la primera observación directa nunca antes vista de ondas gravitacionales completo la versión del Universo de Einstein en el que el espacio y el tiempo están entrelazados y son dinámicos.

La tercera y última de las detecciones apunta a un agujero negro uniéndose que están el doble de lejos de la tierra de las dos parejas anteriores — unos 3 billones de años luz de distancia. Y esta vez los dos agujeros negros eran de tamaño desigual, uno significativamente más ligero que el otro. Se unieron en un agujero negro cuyo tamaño está en la mitad de las dos parejas anteriores. 

“Maestro puñado de detecciones intrigante y revelador sobre una población de agujeros negros que hasta hoy no sabíamos de su existencia,” dijo Vicky Kalogera, una profesora de astrofísica del equipo de colaboración científico de LIGO (LSC), y que realiza experimentos en relación a los detectores gemelos de LIGO, que se hayan en Estados Unidos. 

Representación de las ondas originadas por las ondas gravitacionales. Crédito: R. Hurt/Caltech-JPL

“Ahora tenemos tres parejas de agujeros negros, cada una de ellas acabando su danza de muerte espiral por millones o billones de años en una de las más poderosas explosiones en el Universo. En astronomía, decimos que con tres objetos de la misma clase ya tienes una clase. Tenemos una población, y podemos hacer análisis.” 

Kalogera es directora del Centro de Astrofísica de Northwestern, CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics) y de la Catedra Erastus O. Haven de Física y Astronomía en el Weinberg College of Arts and Sciences.

Ella lidera el grupo de LSC de Northwestern, y que incluye a Shane L. Larson, investigador asociado y profesor de física y astronomía en la Universidad Northwestern y astrónomo en el Planetario de Adler en Chicago, y Selim Shahriar, catedrático de ingeniería electrónica y ciencias computacionales en la Escuela de Ingeniería en Northwestern. Un becario postdoctoral, cinco estudiantes graduados y cinco estudiantes por graduar también están involucrados en la investigación de LIGO. 

“Northwestern es un centro de investigación de astrofísica único,” dijo Kalogera. “Destacamos en la astrofísica teórica y simulación de alto nivel por computador que son necesarias para predecir como de masivas deben de ser las estrellas para formar agujeros negros y también como se unen agujeros negros binarios en un objeto singular. De momento, Northwestern es el único sitio del mundo que alberga a investigadores en todos los posibles caminos que pueden tomar estos agujeros negros binarios. Estamos en la vanguardia de esta área que tan rápido avanza. 

En todas las tres detecciones, los científicos de Northwestern se han involucrado en los datos científicos base que permitía a los científicos pesar los agujeros negros, averiguar que pesados eran y determinar lo rápido que los agujeros negros rotaban alrededor de sus ejes, antes y después de la unión. 

“De neuvo, los agujeros negros son pesados,” dijo Larson. “Los primeros agujeros negros detectados en LIGO eran el doble de pesados de lo que jamás hubiéramos esperado. Ahora estamos todos dándole vueltas a la cabeza para intentar averiguar todos los miles de formas posibles de cómo el Universo produce grandes y pesados agujeros negros. Siendo Northwestern muy fuerte en el campo de investigación, así que estamos emocionados.”

La tercera detección esta descrita en una nueva publicación aceptada para publicarse en el journal Physical Review Letters.

“Con la tercera detección de ondas gravitacionales confirmada por la colisión de dos agujeros negros, LIGO se está estableciendo como un poderoso observatorio para revelar la cara oculta del Universo,” dijo David Reitze de Caltech, director ejecutivo del laboratorio LIGO y un ex alumno de Northwestern. “Mientras LIGO está situado de una forma única para observar estos tipos de eventos, esperamos ver otros tipos de eventos astrofísicos pronto, como las violentas colisiones de dos estrellas de neutrones.”

El último hallazgo solidifica la causa para una nueva clase de parejas de agujeros negros, formados por la unión de la pareja, con masa cerca de 19 veces la de nuestro Sol. Esto rellena un hueco de masas de la unión entre dos agujeros negros detectado previamente por LIGO, que tenía masas solares de 62 (la primera detección) y 21 (la segunda detección.

“Tenemos una sólida confirmación de la existencia de agujeros negros más allá de 20 masas solares, objetos que no sabíamos que existían antes de que LIGO los detectará,” dijo David Shoemaker del MIT, el nuevo vocal elegido para el LSC. “Es sorprendente que los humanos hayan podido descubrir esta historia y testarla, de tales eventos extraños que tuvieron lugar billones de años luz atrás de distancia de nosotros.” 

La nueva detección, llamada GW170104, ocurrió durante la actual serie de observaciones de LIGO, que comenzó el 30 de noviembre de 2016, y que continuará a lo largo del verano. Las observaciones de LIGO fueron llevadas a cabo por medio de dos detectores gemelos, uno en Hanford, Washington, y el otro en Livingston, Luisiana.

LIGO hizo la primera detección de ondas gravitacionales durante septiembre de 2015 en las primeras observaciones realizadas tras las mejoras principales de un programa llamado Advanced LIGO. La segunda detección fue realizada en diciembre de 2015. (los detectores de LIGO estuvieron desconectados por casi un año, de enero a noviembre de 2016.)

En los tres casos, cada uno del os detectores gemelos de LIGO detecto ondas gravitacionales procedentes de tremendamente energéticas uniones de parejas de agujeros negros — colisiones que producen más poder durante el instante anterior de la unión de agujeros negros de la que se irradia como luz por todas las estrellas y galaxias en el Universo en un momento dado.

Un equipo internacional de investigadores ha conseguido una tercera detección de ondas gravitacionales, ondas en el espacio tiempo, en un descubrimiento que aporta nuevas revelaciones en la misteriosa naturaleza de los agujeros negros, y pontencialmente sobre la materia oscura. Crédito: LSC/OzGrav 

La reciente detección es las más alejada de momento, con los agujeros negros que se encuentra a más de 3 billones de años luz. (los agujeros negros en la primera y segunda detección están situados a 1,3 y 1,4 billones de años luz, respectivamente.) 

Hay dos modelos primarios para explicar cómo parejas binarias de agujeros negros pueden formarse, y ambos modelos se estudian en Northwestern. 

En uno de los modelos, los agujeros negros se juntan tarde en su vida dentro de cúmulos estelares muy concurridos. Los agujeros negros se hacen pareja después de caer al centro del cúmulo de estrellas. En esta situación, los agujeros negros pueden girar en cualquier dirección relativa a su dirección orbital. Fred Rasio, el catedrático de Joseph Cummings en el departamento de física y astronomía del Weinberg College, lidera el grupo de investigación de Northwestern en el estudio de esta posibilidad, en colaboración con Kalogera. 

El otro modelo propuesto es que los agujeros negros nacen al unísono en el mismo sistema binario: se forman cuando cada estrella de la pareja explota, y luego, debido a que las estrellas originales estaban girando en alineación, los agujeros negros permanecen alineados mayoritariamente, incluso de forma perfecta. Kalogera lidera el equipo de investigación de esta posibilidad.

GW170104 apunta a que al menos una de las rotaciones de los agujeros negros, está desalineada con la órbita binaria, favoreciendo marginalmente la opción de la teoría de los cúmulos densos de estrellas. La investigación de Northwestern está a la cabeza en cuanto a las claves científicas de estas cuestiones. 

Fuentes: Universidad de Northwestern, Wikipedia