LIGO detectó Ondas Gravitacionales por tercera vez

 Llegan las vibraciones del espacio-tiempo de la colisión de dos agujeros negros a 3 mil millones de años luz de distancia.

Es el episodio de fusión de agujeros negros más lejano jamás detectado.

La tercera de su clase. Los científicos han hecho la tercera detección de ondas gravitacionales. Un par de agujeros negros, mostrados en la representación arriba, se fusionaron en uno, en una poderosa colisión aproximadamente a 3 mil millones de años luz de la Tierra. La colisión provocó ondulaciones en el espacio-tiempo que fueron detectados por el experimento LIGO.  Esta concepción artística muestra la fusión de dos agujeros negros similares a los detectados por LIGO. Los agujeros negros están girando de una manera no alineada, lo que significa que tienen diferentes orientaciones relativas al movimiento orbital general de la pareja. LIGO encontró indicios de que al menos un agujero negro en el sistema denominado GW170104  no estaba alineado con su movimiento orbital antes de fusionarse con su pareja.  Crédito de la imagen: Aurore Simonnet / Sonoma State, MIT, Calthec, LIGO.

El Observatorio de ondas gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO) ha hecho una tercera detección de ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio y el tiempo, lo que demuestra que una nueva ventana en la Astronomía ha sido firmemente abierta. Como fue el caso con las dos primeras detecciones, las ondas se generaron cuando dos agujeros negros chocaron para formar un agujero negro más grande.

El 4 de enero de 2017, LIGO detectó dos agujeros negros que se fundiron en en uno. Uno de los agujeros negros fue de 32 veces la masa del Sol (32 M⊙, donde M representa la masa y ⊙ es un símbolo para el Sol) mientras que el otro era 19 veces la masa del Sol Cuando se combinaron, se creó un agujero negro de 49 veces la masa del Sol. La coalescencia convierte al instante 2 masas solares de la masa del agujero negro en la energía que sacudió el espacio-tiempo cantidad suficiente para generar las ondas gravitacionales que detectamos casi 3 mil millones de  años después de que ocurriera. Más información.Crédito: (Caltech / MIT / LIGO Lab).

El agujero negro recién descubierto tiene una masa final cerca de 49 veces la de nuestro Sol. Esto llena el hueco entre las masas de los dos agujeros negros producidos por fusiones previamente detectados por LIGO, con masas solares de 62 (primera detección) y 21 (segunda detección).

 

 

LIGO ha descubierto una nueva población de agujeros negros (color azul) con masas que son más grandes que lo que se había visto antes con los estudios de rayos X solos (púrpuras). Los tres detecciones confirmadas por LIGO (GW150914, GW151226, GW170104), y uno detección de inferior confianza (LVT151012), señalan a una población de agujeros negros binarios de masa estelar que, una vez que se fusionaron, son más grandes que 20 masas solares, más grandes que lo que era conocido antes.
Crédito: LIGO / Caltech /Sonoma State – Aurore Simonnet.

 

“Tenemos una nueva confirmación de la existencia de agujeros negros de masa estelar que son mayores de 20 masas solares, estos son objetos que no sabíamos que existían antes de que LIGO los detectara,” dice  Dr. David Shoemaker del MIT , el portavoz recién elegido para el LIGO Scientific Colaboración (LSC), un cuerpo de más de 1.000 científicos internacionales que realizan la investigación LIGO junto con la colaboración de Virgo con sede en Europa. “Es notable que los humanos pueden armar una historia, y prueba de ello, para este tipo de acontecimientos extraños y extremos que tuvieron lugar a distancias del orden de mil millones de años luz de distancia de nosotros. La totalidad de las colaboraciones científicas LIGO y Virgo trabajaron para poner todo estas piezas juntas”.

Observatorios de Ondas Gravitacionales de todo el mundo. Las actuales instalaciones operativas en la red global incluyen los detectores-en Hanford, Washington, y Livingston, Louisiana doble LIGO y GEO-600 en Alemania. El detector Virgo en Italia y el detector de ondas gravitatorias de Kamioka (Kagra) en Japón están experimentando mejoras y se espera que inicien operaciones en el 2016 y 2018, respectivamente. Un sexto observatorio se está planificando en la India. Tener más observatorios de ondas gravitatorias en todo el mundo ayuda a los científicos a definir los lugares y fuentes de las ondas gravitacionales provenientes del espacio.Crédito de la imagen:  Caltech / MIT / LIGO Lab.

La nueva detección se produjo durante la etapa actual de la observación de LIGO, que comenzó el 30 de de Noviembre de 2016, y continuará hasta el verano (del Hemisferio Norte). LIGO es una colaboración internacional con miembros en todo el mundo. Sus observaciones son realizadas por los detectores de uno de los gemelos en Hanford, Washington, y el otro en Livingston, Louisiana-operados por Caltech y MIT con fondos de la National Science Foundation (NSF).

LIGO hizo la observación directa  de las ondas gravitacionales por primera vez en Septiembre del 2015 durante su primera carrera desde que se sometió a importantes mejoras en un programa llamado LIGO Avanzado. La segunda detección se hizo en Diciembre de 2015. La tercera detección, llamada GW170104 que se hizo el 4 de Enero, 2017, se describe en un nuevo artículo aceptado para publicación en la revista Physical Review Letters .

 

 

Lugar en el espacio. Basado en el tiempo en que las señales llegaron a cada uno de los dos detectores de LIGO, los científicos fueron capaces de determinar las regiones en el cielo de procedencia de las ondas gravitacionales. Se muestran las tres detecciones de LIGO , además de una cuarta posible detección que no fue lo suficientemente fuerte como para ser confirmada. Las líneas indican las probabilidades de que la señal se originó dentro de cada región. Las curvas ultraperiféricas indican 90 por ciento, mientras que las curvas interiores indican 10 por ciento. Crédito: Leo Singer / LIGO, CALTECH, MIT; Axel Mellinger (Imagen de la Vía Láctea).

En los tres casos, cada uno de los detectores gemelos de LIGO registraron ondas gravitacionales de las fusiones tremendamente energéticas de pares de agujeros negros. Estas son las colisiones que producen más energía que la que se irradia como luz proveniente de todas las estrellas y las galaxias en el universo en un momento dado. La reciente detección parece ser la más lejana,  con los agujeros negros situados alrededor de 3 mil millones de años luz de distancia de la Tierra. (Los agujeros negros en la primera y segunda detecciones se encontraban a 1,3 y 1,4 mil millones de años luz de distancia de la Tierra, respectivamente).

Una simulación matemática de la deformación del espacio-tiempo en la cercanías de la fusión de dos agujeros negros. La simulación es consistente con la observación del evento denominado GW170104 de LIGO. Las bandas de colores son los picos y valles de las ondas gravitatorias, con los colores haciéndose más brillantes a medida que aumenta la amplitud de onda. Crédito: Colaboración SXS.

La observación más reciente también proporciona pistas sobre las direcciones en las que los agujeros negros están girando. Los agujeros negros de un par como los que se han observado, además de moverse en espiral uno alrededor del otro,  también giran sobre sus propios ejes, como un par de patinadores de hielo que giran de forma individual y al mismo tiempo dando vueltas uno alrededor del otro. A veces los agujeros negros giran en la misma dirección orbital general en la que el par se está moviendo-a lo que los astrónomos se refieren como giros alineados -y, a veces  giran en la dirección opuesta del movimiento orbital. Lo que es más, los agujeros negros también se pueden inclinar hacia fuera del plano orbital. En esencia, 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 implican que al menos uno de los agujeros negros puede no haber estado  alineado con el movimiento orbital general. Se necesitan más observaciones con LIGO para poder decir algo definitivo acerca del spin de los agujeros negros binarios, pero estos primeros datos ofrecen pistas sobre cómo se pueden formar estos pares.

“Esta es la primera vez que tenemos pruebas de que los agujeros negros  pueden no estar alineados, que nos da sólo un pequeño indicio de que los agujeros negros binarios pueden formarse en los cúmulos estelares densos,” dice Bangalore Sathyaprakash de Penn State y la Universidad de Cardiff, uno de los editores del nuevo documento, que está escrito por toda la colaboración del LSC y Virgo.

Hay dos modelos principales para explicar cómo se pueden formar los pares binarios de agujeros negros. El primer modelo propone que los agujeros negros nacen juntos: se forman cuando cada estrella en un par de estrellas estalla, y luego, debido a que las estrellas originales giraban en alineación, los agujeros negros es probable que también se mantengan alineados.

En el otro modelo, los agujeros negros se unen luego de haber evolucionado dentro de  agrupaciones estelares populosas  (los cúmulos  estelares). Los agujeros negros se emparejan después de que se hunden en el centro de un cúmulo de estrellas. En este escenario, los agujeros negros pueden girar en cualquier dirección con respecto a su movimiento orbital. Debido a que  LIGO vio alguna evidencia de que los agujeros negros en  GW170104 no están alineados, los datos favorecen ligeramente esta teoría del cúmulo estelar denso.

“Estamos empezando a recopilar estadísticas reales sobre los sistemas binarios de agujeros negros”, dice Keita Kawabe, de Caltech, también redactora del documento, que trabaja  en el Observatorio LIGO Hanford. “Eso es interesante porque algunos modelos de formación de agujeros negros binarios son un poco favorecidos sobre los demás incluso ahora, y en el futuro, podremos acotar aún más estos escenarios.”

El estudio también pone una vez más las teorías de Albert Einstein de la prueba. Por ejemplo, los investigadores buscaron un efecto llamado dispersión, que se produce cuando las ondas de luz en un medio físico, tal como el vidrio viajan a diferentes velocidades en función de su longitud de onda; esta es la forma en que un prisma crea un arco iris. La Teoría General de la Relatividad de Einstein prohíbe que suceda la dispersiónen de las ondas gravitacionales a medida que se propagan desde su origen hasta la Tierra. LIGO no encontró evidencia de este efecto.

“Parece que Einstein tenía razón, incluso para este nuevo evento, que ocurrió aproximadamente dos veces más lejos que nuestra primera detección”, dice Laura Cadonati de Georgia Tech y el portavoz adjunto de la LSC. “No detectamos desviación alguna de las predicciones de la Relatividad General, y esta mayor distancia nos ayuda a hacer esa declaración con más confianza.”

“Los instrumentos de LIGO han alcanzado impresionantes sensibilidades”, señala Jo van den Brand, el portavoz de Colaboración Virgo, un físico del Instituto Nacional Holandés para la Física subatómica (Nikhef) y profesor de la Universidad Libre de Ámsterdam. “Esperamos que para este verano, Virgo, el interferómetro Europeo, amplíe la red de detectores, lo que nos ayudará a localizar mejor las señales.”

El equipo de LIGO-Virgo sigue investigando con los últimos datos de LIGO en busca de señales de ondas de espacio-tiempo de los confines del cosmos. También están trabajando en mejoras técnicas para la siguiente ejecución de LIGO, programada para comenzar a finales de 2018, durante la cual se mejorará la sensibilidad de los detectores.

“Con la confirmación de la tercera  la detección de ondas gravitacionales provenientes de la colisión de dos agujeros negros, LIGO se está consolidando como un poderoso observatorio para revelar el lado oscuro del universo”, dice David Reitze de Caltech, director ejecutivo del Laboratorio LIGO. “Mientras LIGO es especialmente adecuado para la observación de este tipo de eventos, esperamos ver otro tipo de eventos astrofísicos pronto, como la violenta colisión de dos estrellas de neutrones”.

LIGO es financiado por la  NSF , y es operado por  el MIT  y  Caltech , los cuales concibieron y construyeron el proyecto. El apoyo financiero para el proyecto LIGO Avanzado fue liderado por la NSF con Alemania ( Sociedad Max Planck ), el Reino Unido (Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología ) y Australia ( Australian Research Council ) haciendo significativos compromisos y contribuciones 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 de GEO. Socios LIGO con la  colaboración de Virgo , un consorcio que incluye 280 científicos adicionales en toda Europa apoyados por el  Centro Nacional de Investigación Científica  (CNRS), el  Istituto Nazionale di Física Nuclear  (INFN), y  Nikhef , así como el centro de acogida de Virgo, el Observatorio Europeo de Gravedad. Los socios adicionales se enumeran en  https://ligo.org/partners.php .

Fuente: Calthec.  Artículo original:  “LIGO Detects Gravitational Waves for Third Time“. Escrito por Whitney Clavin.
Material relacionado:
  • Las Ondas Gravitacionales fueron una de las predicciones de la Teoría de la Relatividad General de A. Einstein. El lector encontrará todos los recursos sobre dicha teoría en el apartado “Material realcionado” del artículo:
    Júpiter y la Teoría de la Relatividad son los responsables del cambio de curso observado en cuerpos menores del Sistema Solar –  AAA.
 Hulse and Taylor Binary – Wikipedia
        The Discovery of the Binary Pulsar, Russell A. Hulse –  University of Princeton/Plasma Physics Laboratory.
        The Binary Pulsar  PSR1913+16,  University of Cornell/The History of the Universe.
Colecciones de artículos sobre Ondas Gravitacionales en los medios:
Sobre Agujeros Negros:

 

Artículos Sobre Agujeros Negros publicados por las agencias espaciales:
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