Virgo y la cuarta fusión de agujeros negros

Hemos detectado una nueva perturbación en el espacio tiempo. Finalmente no hubo sorpresas. Los rumores del pasado verano estaban totalmente equivocados: nada de fusión de estrellas de neutrones o contrapartidas ópticas. Pero lo importante es que el detector de ondas gravitacionales LIGO ha descubierto su cuarta fusión de agujeros negros, bautizada como GW170814 (o sea, y según la nomenclatura empleada, algo así como «onda gravitacional del 14 de agosto de 2017»). Y no es poca cosa, pero es que el ser humano es así, capaz de acostumbrarse a los hechos más sorprendentes. Porque detectar la unión de dos agujeros negros de 31 y 25 masas solares situados a la friolera de 1760 millones años luz de distancia a través de las distorsiones microscópicas del espacio tiempo parece casi cosa de magia. Pero no lo es y lo sorprendente es que vivimos en un mundo donde la detección de ondas gravitacionales está comenzando a ser un asunto rutinario.

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Todas las señales de ondas gravitacionales detectadas hasta la fecha. A la derecha la nueva señal (LIGO/Caltech/MIT).

Aunque en realidad sí que hay novedades. La principal es que el interferómetro europeo Virgo, localizado cerca de Pisa, también ha detectado la señal, lo que supone la primera detección de ondas gravitacionales de esta instalación. Dicho de otro modo, GW170814 ha sido detectada usando tres interferómetros: los dos de LIGO en Hanford y Livingston, además de Virgo. No obstante, en el caso de Virgo la relación señal ruido de la onda ha sido la más baja de las tres detecciones con diferencia (los brazos del interferómetro Virgo miden tres kilómetros en vez de los cuatro de LIGO). Eso no quita que gracias a Virgo se haya reducido considerablemente la incertidumbre en la posición en el cielo de la señal, que ahora ha sido de ‘solo’ 60º cuadrados. Unos 25 telescopios intentaron descubrir una contrapartida óptica inmediatamente después de detectarse la señal, sin éxito, lo que no es de extrañar dada la enorme superficie a cubrir. O quizás es porque no se produjo ninguna: los modelos teóricos predicen que la contrapartida óptica de una fusión de agujeros negros debe ser prácticamente invisible a tal distancia.

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Interferómetro Virgo en Italia (Virgo/LIGO).
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La señal GW170814 vista por los tres detectores (LIGO/Virgo).
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Duración de las distintas señales descubiertas hasta la fecha (LIGO/Virgo/Caltech/MIT).

La distorsión del espacio tiempo conocida como GW170814 fue detectada el 14 de agosto de 2017 a las 10:30:43 UTC. Primero por el interferómetro de Livingston, ocho milisegundos después pasó por Hanford y catorce milisegundos más tarde atravesó Virgo. Además de determinar su posición con más precisión, la participación de Virgo ha permitido analizar por primera vez la polarización de las ondas gravitacionales. A pesar de que los datos no son concluyentes, estos favorecen una polarización tensorial predicha por la relatividad general. Otras teorías de la gravedad permiten hasta seis tipos distintos de polarización. Vamos, un nuevo tanto para Einstein. También se ha podido estimar la velocidad de giro del agujero negro final, que resulta ser del 70% de la máxima permitida por la relatividad y muy similar a la medida en las otras señales.

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Posición en el cielo de la señal (LIGO/Virgo/Caltech/MIT).
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Gracias a Virgo esta señal es la que menos incertidumbre tiene en su posición (LIGO/Virgo/Caltech/MIT).

¿Y qué hay de los agujeros negros que han creado el suceso? Pues aquí si que no hay sorpresa. O mejor dicho, continúa el misterio de los agujeros negros de masa intermedia. Recordemos que la primera señal de ondas gravitacionales, GW150914, y la tercera, GW170104, fueron creadas también por la fusión de agujeros negros con masas de entre veinte y cuarenta masas solares aproximadamente (36 y 29 masas solares en GW150914 y 31 y 19 masas solares en el caso GW170104). Es decir, muy similar a lo observado en esta señal, generada por la fusión de dos agujeros negros de 31 y 25 masas solares para crear un agujero negro de 53 masas solares (la diferencia de masas se convirtió en energía en forma de ondas gravitacionales). ¿Y por qué es un misterio? Pues porque los agujeros negros que se crean a partir del colapso de estrellas masivas deben tener unas pocas masas solares como mucho. Por tanto, la teoría nos dice que las fusiones más frecuentes deberían ser de este tipo de agujeros negros estelares. Pero no es lo que vemos y solamente la señal GW151226, la segunda detectada, entra dentro de los modelos teóricos (los agujeros negros que causaron esta señal eran de 14 y 8 masas solares).

No es ninguna sorpresa que existan agujeros de veinte, cuarenta o más masas solares, puesto que con el tiempo un agujero negro de masa estelar que tenga acceso a suficiente material podría crecer hasta este tamaño sin mayor dificultad. Sirva como ejemplo extremo los agujeros negros supermasivos del centro de las galaxias. Lo complicado es explicar la existencia de sistemas binarios de agujeros negros de masa intermedia. A raíz de los descubrimientos de ondas gravitacionales el consenso es que estos sistemas se han formado en cúmulos de estrellas. Los agujeros negros se crearían y crecerían por separado y luego acabarían juntos debido a las interacciones gravitatorias con otras estrellas del cúmulo. Huelga decir que no todos los investigadores comparten esta explicación. Algunos proponen que el origen de estos agujeros negros podría remontarse al Big Bang o bien que se formaron al morir las primeras estrellas supermasivas (las mítica Población III).

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Características de esta señal (LIGO).

Sea como sea ya tenemos otra señal debida a la fusión de dos agujeros negros. Y con cada señal detectada aumenta otro misterio. Nos referimos al silencio de las estrellas de neutrones. Antes de la detección de la primera onda gravitacional los expertos predecían que las señales más abundantes —aunque no las más potentes— serían las causadas por la unión de estrellas de neutrones. Pero hasta el momento no se ha escuchado ninguna perturbación en el tejido del espacio tiempo que sea debida a estos eventos. ¿Por qué?¿Acaso hay menos sistemas binarios de estrellas de neutrones de lo esperado?¿O es que su fusión es distinta a lo que nos dicen los modelos teóricos? No estamos seguros, pero una ventaja de estos sucesos es que sí tendrían contrapartida óptica y por tanto también se podrían estudiar en el espectro electromagnético. Es lo que tiene observar por primera vez el Universo a través de una ventana completamente nueva: nos vamos a llevar más de una sorpresa.

Post completo en: Eureka. Daniel Marín. Naukas

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