LIGO, tercera vez detectando ondas gravitacionales.
Los resultados confirman una nueva población de agujeros negros, GW170104.
La nueva detección ocurrió durante la corriente de observación de LIGO, que comenzó el 30 de noviembre de 2016, y continuará durante el verano. LIGO es una colaboración internacional con miembros de todo el mundo. Sus observaciones son llevadas a cabo por detectores gemelos, uno en Hanford, Washington, y el otro en Livingston, Louisiana, operado por Caltech y MIT con fondos de la National Science Foundation (NSF).
En los tres casos, cada uno de los detectores gemelos de LIGO detectó ondas gravitatorias a partir de las enormes fusiones de pares de agujeros negros. Estas son colisiones que producen más poder que es irradiado como luz por todas las estrellas y galaxias en el universo en cualquier momento dado. La detección reciente parece ser la más lejana aún, con los agujeros negros ubicados a unos 3 mil millones de años luz de distancia. (Los agujeros negros en la primera y segunda detección se ubican a 1,3 y 1,4 mil millones de años luz de distancia, respectivamente).
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| La concepción del artista muestra dos agujeros negros que se fusionan similares a los detectados por LIGO. Los agujeros negros -que en última instancia se enrollan en espiral en un agujero negro más grande- están ilustrados para orbitarse entre sí en un plano. Los agujeros negros están girando de una manera no alineada, lo que significa que tienen diferentes orientaciones en relación con el movimiento orbital general del par. Hay un indicio de este fenómeno encontrado por LIGO en al menos un agujero negro del sistema GW170104. |
El Observatorio de Ondas Gravitacionales del Láser Interferómetro (LIGO) ha realizado una tercera detección de ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio y el tiempo, demostrando que una nueva ventana en astronomía ha sido firmemente abierta. Como ocurrió con las dos primeras detecciones, las ondas se generaron cuando dos agujeros negros colisionaron para formar un agujero negro más grande. El recién descubierto agujero negro, formado por la fusión de dos agujeros negros, tiene una masa de 49 veces la de nuestro sol. Esto rellena una brecha entre las masas de los dos agujeros negros fusionados previamente detectados por LIGO, con masas solares de 62 (primera detección) y 21 (segunda detección).
"Tenemos una confirmación adicional de la existencia de agujeros negros de masa estelar que son más grandes que 20 masas solares, estos son objetos que no sabíamos que existían antes de que LIGO los detectara", dice David Shoemaker del MIT, el recién elegido portavoz de LIGO Scientific Colaboración (LSC), un cuerpo de más de 1.000 científicos internacionales que realizan la investigación LIGO junto con la colaboración de Virgo basada en Europa. "Es notable que los seres humanos puedan armar una historia y probarla para acontecimientos tan extraños y extremos que ocurrieron hace miles de millones de años ya miles de millones de años-luz de distancia de nosotros.Todos los colaboradores científicos de LIGO y Virgo trabajaron para poner todo Estas piezas juntas. "
LIGO realizó la primera observación directa de las ondas gravitatorias en septiembre de 2015 durante su primera marcha de observación desde que experimentó mejoras importantes en un programa llamado Advanced LIGO. La segunda detección se realizó en diciembre de 2015. La tercera detección, llamada GW170104 y realizada el 4 de enero de 2017, se describe en un nuevo documento aceptado para publicación en la revista Physical Review Letters.
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| La concepción del artista muestra dos agujeros negros que se fusionan similares a los detectados por LIGO. Los agujeros negros que en última instancia se enrollan en espiral en un agujero negro más grande, están ilustrados para orbitarse entre sí en un plano. Los agujeros negros están girando de una manera no alineada, lo que significa que tienen diferentes orientaciones en relación con el movimiento orbital general del par. Hay un indicio de este fenómeno encontrado por LIGO en al menos un agujero negro del sistema GW170104. Crédito: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet). |
La observación más reciente también proporciona pistas sobre las direcciones en las que los agujeros negros están girando. A medida que los pares de agujeros negros se enroscan entre sí, también giran sobre sus propios ejes, como un par de patinadores de hielo girando individualmente, mientras que también circulan uno alrededor del otro. A veces los agujeros negros giran en la misma dirección orbital general cuando el par se mueve, lo que los astrónomos llaman giros alineados, y a veces giran en la dirección opuesta al movimiento orbital. Además, los agujeros negros también pueden inclinarse lejos del plano orbital. Esencialmente, los agujeros negros pueden girar en cualquier dirección.
Los nuevos datos LIGO no pueden determinar si los agujeros negros recientemente observados fueron inclinados, pero implican que al menos uno de los agujeros negros puede haber sido no alineados en comparación con el movimiento orbital general. Se necesitan más observaciones con LIGO para decir algo definitivo sobre los giros de los agujeros negros binarios, pero estos primeros datos ofrecen pistas sobre cómo pueden formarse estos pares.
"Esta es la primera vez que tenemos pruebas de que los agujeros negros pueden no estar alineados, dándonos sólo una pequeña sugerencia de que los agujeros negros binarios pueden formarse en densos conjuntos estelares", dice Bangalore Sathyaprakash de Penn State y la Universidad de Cardiff, una de las Editores del nuevo documento, que es el autor de todo el LSC y Virgo Colaboraciones.
Existen dos modelos primarios para explicar cómo se pueden formar pares binarios de agujeros negros. El primer modelo propone que los agujeros negros nacen juntos: se forman cuando cada estrella de un par de estrellas explota, y entonces, debido a que las estrellas originales estaban girando en alineación, los agujeros negros probablemente permanecen alineados.
En el otro modelo, los agujeros negros se reúnen más tarde en la vida dentro de aglomeraciones estelares llenos de gente. Los agujeros negros se emparejan después de que se hundan al centro de un racimo de estrellas. En este escenario, los agujeros negros pueden girar en cualquier dirección relativa a su movimiento orbital. Debido a que LIGO ve alguna evidencia de que los agujeros negros GW170104 no están alineados, los datos favorecen ligeramente esta teoría de conglomerados estelares densos.
"Estamos empezando a recopilar estadísticas reales sobre los sistemas binarios de agujeros negros", dice Keita Kawabe, de Caltech, también redactora del artículo, que trabaja en el Observatorio Hanford de LIGO. "Eso es interesante porque algunos modelos de formación binaria de agujeros negros son algo favorecidos sobre los otros incluso ahora y, en el futuro, podemos reducir aún más este problema".
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| LIGO ha descubierto una nueva población de agujeros negros con masas que son más grandes de lo que se había visto antes con estudios de rayos X solo (púrpura). Las tres detecciones confirmadas por LIGO (GW150914, GW151226, GW170104) y una detección de menor confianza (LVT151012) apuntan a una población de agujeros negros binarios de masa estelar que una vez fusionados son mayores que 20 masas solares, más grandes de lo que se sabía antes. Crédito de la imagen: LIGO / Caltech / MIT / Estado de Sonoma (Aurore Simonnet) |
El estudio también pone una vez más a prueba las teorías de Albert Einstein. Por ejemplo, los investigadores buscaron un efecto llamado dispersión, que ocurre cuando las ondas de luz en un medio físico como el vidrio viajan a diferentes velocidades dependiendo de su longitud de onda, así es como un prisma crea un arco iris. La teoría general de la relatividad de Einstein prohíbe que la dispersión ocurra en las ondas gravitacionales a medida que se propagan de su fuente a la Tierra. LIGO no encontró evidencia para este efecto.
"Parece que Einstein tenía razón, incluso para este nuevo evento, que está aproximadamente dos veces más lejos que nuestra primera detección", dice Laura Cadonati de Georgia Tech y el portavoz adjunto de la LSC. "No podemos ver ninguna desviación de las predicciones de la relatividad general, y esta mayor distancia nos ayuda a hacer esa declaración con más confianza".
"Los instrumentos LIGO han alcanzado sensibilidades impresionantes", señala Jo van den Brand, portavoz de la Colaboración Virgo, físico del Instituto Nacional Holandés de Física Subatómica (Nikhef) y profesor de la Universidad VU de Amsterdam. "Esperamos que para este verano Virgo, el interferómetro europeo, amplíe la red de detectores, ayudándonos a localizar mejor las señales".
El equipo de LIGO-Virgo continúa buscando en los últimos datos de LIGO señales de ondas del espacio-tiempo desde los confines del cosmos. También están trabajando en actualizaciones técnicas para la próxima ejecución de LIGO, que comenzará a finales de 2018, durante la cual se mejorará la sensibilidad de los detectores.
"Con la tercera detección confirmada de ondas gravitatorias de la colisión de dos agujeros negros, LIGO se está estableciendo como un potente observatorio para revelar el lado oscuro del universo", dice David Reitze de Caltech, director ejecutivo del Laboratorio LIGO. "Si bien LIGO está especialmente indicado para observar estos tipos de eventos, esperamos ver pronto otros tipos de eventos astrofísicos, como la violenta colisión de dos estrellas de neutrones".
LIGO es financiado por la National Science Foundation (NSF), y operado por MIT y Caltech, que concibió y construyó el proyecto. El apoyo financiero para el proyecto Advanced LIGO fue liderado por la NSF con Alemania (Max Planck Society), el Reino Unido (Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas) y Australia (Australian Research Council) haciendo importantes 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 GEO. LIGO se asocia con Virgo Collaboration, un consorcio que incluye a 280 científicos adicionales en toda Europa apoyados por el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS), el Instituto Nazionale de Fisica Nucleare (INFN) y Nikhef, así como la institución anfitriona de Virgo Observatorio Gravitacional. Los socios adicionales se enumeran en: http://ligo.org/partners.php.
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