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La mayor colisión de agujeros negros jamás detectada

Un estudio de ondas gravitacionales revela cuatro nuevas colisiones de agujeros negros muy lejanos

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La mayor colisión de agujeros negros jamás detectada
Fusión de agujeros negros y ondas gravitacionales

Fusión de agujeros negros y ondas gravitacionales SXS

Resumen:

La detección de ondas gravitacionales empieza a ser algo habitual. Predichas por Einstein, suponen que ante cataclismos cósmicos, el tejido “elástico” que forma el espacio-tiempo se contrae y estira levemente, deformándolo todo a su paso, incluida la Tierra. Eso hace que –aunque muy muy débilmente– se puedan detectar esas alteraciones. Un equipo internacional acaba de confirmar una tanda de cuatro fusiones de agujeros negros lejanos que nos dejan sus ecos en forma de ondas gravitacionales. En concreto, uno de estos choques ha sido el más brutal conocido hasta la fecha y ha dado por resultado la formación de uno nuevo 80 veces más grande que el Sol.

La profesora Susan Scott, que es líder del Grupo de Análisis de Datos y Teoría de la Relatividad General en la Universidad Nacional de Australia (ANU), dijo que el equipo descubrió las cuatro colisiones al volver a analizar los datos de las dos primeras rondas de observación del experimento LIGO de Estados Unidos, formado por gigantescos láseres que se descuadran cuando les llega un terremoto cósmico. Los científicos detectaron el evento que formó el mayor agujero negro conocido de la fusión de un sistema binario (dos agujeros girando el uno alrededor del otro) el 29 de julio de 2017. El evento ocurrió a unos nueve mil millones de años luz de distancia… y tiempo.

¿Qué son las ondas gravitacionales?

El 29 de mayo se cumplían 98 años del primer experimento que constató que aquellas “locuras” que estaban tan bellamente descritas en las fórmulas einsteinianas eran ciertas. Comprobar la desviación de la luz era relativamente fácil. Comprobar que se pliega el espacio-tiempo, no. Murió sin confirmarlo. Ahora, gracias a manojos kilométricos de láser podemos saber que la tierra se deforma ante una onda gravitacional, haciendo que la luz llegue un poquito más tarde de lo previsto a un punto determinado. | Vídeo: Mario Viciosa.

“Este evento también se dio con agujeros negros que giran como el más rápido de todas las fusiones observadas hasta el momento. También es, con mucho, la fusión más lejana observada”, explica la doctora Scott. Las otras tres colisiones de agujeros negros se detectaron entre el 9 y el 23 de agosto de 2017, estuvieron a una distancia de entre 3.000 y 6.000 millones de años luz y el tamaño de los agujeros negros resultantes fue de 56 a 66 veces más grandes que nuestro Sol.

Las cuatro nuevas detecciones, etiquetadas como GW170729, GW170809, GW170818, y GW170823, en referencia a la fecha de detección, se produjeron en el segundo periodo de observación, entre el 30 de noviembre de 2016 y el 25 de agosto de 2017. Se suman a otros siete eventos anteriores, desde 2015, en que los humanos somos capaces de percibir ondas gravitacionales.

“Estos eran de cuatro sistemas binarios de agujeros negros diferentes que se rompen y irradian fuertes ondas gravitacionales hacia el espacio”, dice la investigadora. “Estas detecciones de colisiones de agujeros negros mejoran en gran medida nuestra comprensión de cuántos sistemas binarios (parejas) de agujeros negros hay en el universo, así como el rango de sus masas y cómo de rápido giran los agujeros durante una fusión”.

Los investigadores planean mejorar continuamente los detectores de ondas gravitacionales para que puedan detectar eventos cataclísmicos mucho más lejos en el espacio, esperando algún día llegar al principio del tiempo justo después del Big Bang, que no se puede hacer con luz.

Mejora en los aparatos de medición


Desde que finalizó la segunda serie de observación en agosto de 2017, los científicos han estado actualizando los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo para hacerlos más sensibles. “Esto significa que durante la tercera tercera carrera de observación, que comenzará a principios del próximo año, podremos detectar eventos más lejanos en el espacio, lo que significa más detecciones y posiblemente ondas gravitacionales de fuentes nuevas y aún desconocidas en el Universo”, dijo el Profesor Scott.

Hasta el momento, la colaboración científica LIGO y Virgo, su homólogo europeo, han permitido detectar en total 10 fusiones de agujeros negros de masa estelar y una fusión de estrellas de neutrones, que son los restos densos y esféricos del colapso de estrellas.

Fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones detectadas

Fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones detectadas Ligo/Virgo

El equipo de investigación internacional ha detectado ondas gravitacionales de 10 fusiones de agujeros negros diferentes y una colisión de estrellas de neutrones durante los últimos tres años. Las estrellas de neutrones son las estrellas más densas del universo, con un diámetro de hasta unos 20 kilómetros.

El grupo de investigación del profesor Scott también está diseñando un nuevo proyecto para permitirles detectar ondas gravitacionales provenientes de una estrella de neutrones de corta duración como resultado de una fusión de estrellas de neutrones.

Karl Wette, miembro del grupo de investigación, dijo que los científicos no estaban seguros de qué se formó a partir de la fusión de la estrella de neutrones que se detectó en agosto del año pasado.
“Podría haber sido una estrella de neutrones que colapsó en un agujero negro después de algún tiempo o se convirtió inmediatamente en un agujero negro”, dijo. “Nuestro nuevo proyecto ayudará a proporcionar información sobre lo que obtenemos de la fusión de dos estrellas de neutrones”.

Aportación española

En estas nuevas detecciones ha participado el Grupo de Relatividad y Gravitación (GRG) de la Universitat de les Illes Baleares (UIB), que ha hecho “importantes contribuciones” a la observación y análisis de las señales detectadas.

“La comunidad española de ondas gravitacionales aumenta muy rápidamente. Hemos pasado de ser los únicos en el campo, hace tres años, a disponer de dos grupos en LIGO y tres en Virgo. Estamos orgullosos de haber allanado el camino”, explica Sintes.

Desde la UIB, han asegurado que el GRG, bajo la dirección de la doctora Alícia Sintes, ha hecho “importantes contribuciones” a la observación y análisis de las señales detectadas. En concreto, una de las aportaciones “clave” de este grupo ha sido la provisión de modelos de señales procedentes de la fusión de sistemas binarios de agujeros negros.

Alícia Sintes está emocionada por la creciente participación española en el campo de las ondas gravitacionales: “La comunidad española de ondas gravitacionales aumenta muy rápidamente. Hemos pasado de ser los únicos en el campo, hace tres años, a disponer de dos grupos en LIGO y tres en Virgo. Estamos orgullosos de haber allanado el camino”.

En declaraciones recogidas por la Agencia Sinc, Sintes plantea los próximos retos: “Impulsamos la astronomía de ondas gravitacionales un poco más allá. Queremos observalas gravitacionales con la misión LISA de aquí a aproximadamente quince años. Trabajamos mucho para conseguir que nuestros estudiantes constituyan la vanguardia del campo en el futuro”

La colaboración científica entre LIGO y Virgo utiliza estos modelos para contrastar las predicciones de la teoría con los datos observados, y tienen “una importancia capital” a la hora de caracterizar la fuente de la señal, explican desde la UIB. Por ejemplo, son capaces de dar información sobre la masa de los agujeros negros involucrados, así como de la rotación o de las velocidades.