Un rayo ha caído dos veces, tal vez tres veces, y los científicos del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, o LIGO, esperan que esto sea solo el comienzo de una nueva era de comprensión de nuestro Universo. Este 'relámpago' vino en forma de ondas gravitacionales elusivas, difíciles de detectar, producidas por eventos gigantes, como un par de agujeros negros que chocan. La energía liberada por tal evento perturba la estructura misma del espacio y el tiempo, al igual que las ondas en un estanque. El anuncio de hoy es el segundo conjunto de ondas gravitacionales detectadas por LIGO, luego de la primera detección histórica anunciada en febrero de este año.
“Esta colisión ocurrió hace 1.500 millones de años”, dijo Gabriela González de la Universidad Estatal de Louisiana en una conferencia de prensa para anunciar la nueva detección, “y con esto podemos decirles que la era de la astronomía de ondas gravitacionales ha comenzado”.
La primera detección de LIGO de ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros ocurrió el 14 de septiembre de 2015 y confirmó una predicción importante de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein de 1915. La segunda detección ocurrió el 25 de diciembre de 2015 y fue registrada por ambos detectores gemelos LIGO.
Si bien la primera detección de las ondas gravitacionales liberadas por la violenta fusión del agujero negro fue solo un pequeño 'chirrido' que duró solo una quinta parte de un segundo, esta segunda detección fue más un 'chillido' que fue visible durante todo un segundo en los datos. Escuche este video:
“Esto es lo que llamamos la música de la gravedad”, dijo González mientras reproducía el video en la conferencia de prensa de hoy.
Si bien las ondas gravitacionales no son ondas sonoras, los investigadores convirtieron la oscilación y frecuencia de la onda gravitacional en una onda sonora con la misma frecuencia. ¿Por qué los dos eventos fueron tan diferentes?
A partir de los datos, los investigadores concluyeron que el segundo conjunto de ondas gravitacionales se produjo durante los momentos finales de la fusión de dos agujeros negros que eran 14 y 8 veces la masa del Sol, y la colisión produjo un solo agujero negro giratorio más masivo. 21 veces la masa del Sol. En comparación, los agujeros negros detectados en septiembre de 2015 eran 36 y 29 veces la masa del Sol, fusionándose en un agujero negro de 62 masas solares.
Los científicos dijeron que las ondas gravitacionales de alta frecuencia de los agujeros negros de menor masa golpean el 'punto óptimo' de sensibilidad de los detectores LIGO.
“Es muy significativo que estos agujeros negros fueran mucho menos masivos que los observados en la primera detección”, dijo González. “Debido a sus masas más ligeras en comparación con la primera detección, pasaron más tiempo, aproximadamente un segundo, en la banda sensible de los detectores. Es un comienzo prometedor para mapear las poblaciones de agujeros negros en nuestro universo '.
Una vista aérea de LIGO Hanford. (Crédito: Gary White / Mark Coles / Instituto de Tecnología de California / LIGO / NSF).
LIGO permite a los científicos estudiar el Universo de una nueva forma, utilizando la gravedad en lugar de la luz. LIGO utiliza láseres para medir con precisión la posición de los espejos separados entre sí por 4 kilómetros, aproximadamente 2,5 millas, en dos lugares que están separados por más de 3000 km, en Livingston, Luisiana y Hanford, Washington. Entonces, LIGO no detecta el evento de colisión del agujero negro directamente, detecta el estiramiento y la compresión del espacio en sí. Las detecciones hasta ahora son el resultado de la capacidad de LIGO para medir la perturbación del espacio con una precisión de 1 parte en mil billones de billones. La señal del último evento, llamado GW151226, fue producida por la conversión de materia en energía, que literalmente sacudió el espacio-tiempo como gelatina.
El miembro del equipo de LIGO, Fulvio Ricci, físico de la Universidad de Roma La Sapienzaa, dijo que hubo una tercera detección 'candidata' de un evento en octubre, que Ricci dijo que prefiere llamar un 'desencadenante', pero fue mucho menos significativo y el señal a ruido no lo suficientemente grande como para contar oficialmente como una detección.
Pero aún así, dijo el equipo, las dos detecciones confirmadas apuntan a que los agujeros negros son mucho más comunes en el Universo de lo que se creía anteriormente, y con frecuencia pueden venir en pares.
'El segundo descubrimiento' realmente ha puesto la 'O' del Observatorio en LIGO ', dijo Albert Lazzarini, subdirector del Laboratorio LIGO en Caltech. “Con la detección de dos eventos fuertes en los cuatro meses de nuestra primera ejecución de observación, podemos comenzar a hacer predicciones sobre la frecuencia con la que podríamos escuchar ondas gravitacionales en el futuro. LIGO nos ofrece una nueva forma de observar algunos de los eventos más oscuros y energéticos de nuestro universo '.
LIGO ahora está fuera de línea para realizar mejoras. Su próxima ejecución de toma de datos comenzará este otoño y las mejoras en la sensibilidad del detector podrían permitir que LIGO alcance entre 1,5 y dos veces más del volumen del universo en comparación con la primera ejecución. Se espera que un tercer sitio, el detector Virgo ubicado cerca de Pisa, Italia, con un diseño similar a los detectores gemelos LIGO, entre en línea durante la segunda mitad de la próxima ejecución de observación de LIGO. Virgo mejorará la capacidad de los físicos para localizar la fuente de cada nuevo evento, comparando diferencias de escala de milisegundos en el tiempo de llegada de las señales de ondas gravitacionales entrantes.
Mientras tanto, puede ayudar al equipo de LIGO con la Proyecto de ciencia ciudadana Gravity Spy a través de Zooniverse.
Fuentes para lectura adicional:
Comunicados de prensa:
Universidad de Maryland
Northwestern University
Universidad de Virginia Occidental
Universidad del Estado de Pensilvania
Cartas de revisión física: GW151226: Observación de ondas gravitacionales de una coalescencia de agujeros negros binarios de 22 masas solares
Página de datos de LIGO, Caltech
Para obtener una excelente descripción general de las ondas gravitacionales, sus fuentes y su detección, consulte la excelente serie de artículos de Markus Possel que presentamos en UT en febrero:
Ondas gravitacionales y cómo distorsionan el espacio
Detectores de ondas gravitacionales y cómo funcionan
Fuentes de ondas gravitacionales: los eventos más violentos del universo