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.

asas
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.

asa
Interferómetro Virgo en Italia (Virgo/LIGO).
sas
La señal GW170814 vista por los tres detectores (LIGO/Virgo).
as
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.

as
Posición en el cielo de la señal (LIGO/Virgo/Caltech/MIT).
as
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).

sas
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.

Referencias:

  • http://ligo.org/detections/GW170814.php
  • https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20170927

18 Comentarios

Participa Suscríbete

KiKi

Me sigue pareciendo impresionante que en unos segundos se pueda convertir !5 masas solares! en energía / deformación del espacio/tiempo. Qué insignificantes que somos en el universo!

Sobre las estrellas de neutrones ?no puede ser que simplemente estén siendo enmascarados por el ruido?

Saludos!

miguelmiguel

E= m * c^2 = 3*10^43 J
Sino me ha saltado ningun numero 3*10^25 veces el consumo mundial de todo el planeta. Cuatrillones!!!

En un momento, se genera toda esa energia. Esto debe esterilizar porciones enteras de galaxias? Mejor no estar cerca, pero bien aprovechado ¿quien dijo crisis energetica?

PacoPaco

No es por nada pero te falta la energía equivalente del momento, que poco no es.

E ^ 2 = (m * c^2) ^2 + (p*c)^2

E = m*c^2 es sólo para particulas en reposo.

AlbertAlbert

Daniel, dices:
” … Finalmente no hubo sorpresas. Los rumores del pasado verano estaban totalmente equivocados: nada de fusión de estrellas de neutrones o contrapartidas ópticas …”
Opino que no deberías descartar eso todavía. La fecha de detección de GW170814 es el 14 de Agosto.
Los rumores de detección de la fusión de las 2 estrellas de neutrones situaban ésta el 18 de Agosto.
Podría ser que la detección de la fusión de las dos e. de n. fuese real y que aun estuviese en estudio.
Saludos

U-95U-95

Según la entrada de Francis la señal de la posible colisión de dos estrellas de neutrones todavía está siendo analizada y quizás en tres meses se pueda saber si es real o no.

JofaserimonJofaserimon

“Porque detectar la unión de dos agujeros negros de 31 y 25 masas solares situados a la friolera de 1760 años luz de distancia”

¿No deberían ser 1.760 millones de años luz de distancia?

alejandro gomezalejandro gomez

Excelente informacion daniel como siempre,
Como offtopic aviso que esta en netflix la pelicula rusa sobre yuri gagarin que daniel habia reseñado en el blog un tiempo atras, espero que la puedan disfrutar

DavidDavid

Por qué VIRGO tiene menos sensibilidad que los dos LIGO? Es posible que sea por la menor longitud de sus brazos o porque todavía hay que calibrarlo?

Jordii84Jordii84

En principio el tamaño de los brazos es un factor importante para la sensibilidad, así que a priori, a igualdad de condiciones, el de 4km ‘verá’ más y mejor que el de 3km. Aunque esto se irá comprobando en las siguientes observaciones.

Otra posible causa de que la SNR de Virgo sea más baja sería que la teórica polaridad de la señal, de la que Daniel habla en el artículo, haya jugado en contra de Virgo en esta detección.

David BDavid B

Están todavía en fase de caracterización y mejoras. Aún no han llegado a alcanzar la sensibilidad de diseño (están batallando con diversas fuentes de ruido que les hacen perder sensibilidad), aunque ya han superado la del VIRGO original (recordemos que correctamente éste es AdVIRGO). Aparte, están usando cables de suspensión de acero para los espejos, mientras que para alcanzar una sensibilidad similar a la de LIGO tienen que cambiarlos por otros de sílice fundido, que les hicieron perder mucho tiempo durante las labores de commissioning porque se rompían sin motivo aparente (al final era que las bombas de ultra-alto vacío aceleraban pequeñas partículas de polvo cuando no había suficiente densidad de aire para frenarlas, y al impactar contra estos cables -en realidad finísimos y fragilísimos hilos de cristal- los hacían estallar). El refinamiento de la compensación térmica también está en desarrollo y por eso no pueden usar el láser a su potencia máxima, lo que también ayudara con la precisión (menor influencia del ruido y mayor claridad de la señal)

De hecho, GW170814 no hubiera dado la talla como señal en AdVIRGO si no hubiese sido por la S/N de LIGO, puesto que sólo la observo con un S/N~4 (el límite combinado son 10).

miguelmiguel

E= m * c^2 = 3*10^43 J
Sino me ha saltado ningun numero 3*10^25 veces el consumo mundial de todo el planeta. Cuatrillones!!!

En un momento, se genera toda esa energia. Esto debe esterilizar porciones enteras de galaxias? Mejor no estar cerca, pero bien aprovechado ¿quien dijo crisis energetica?

Antonio (AKA "Un físico")Antonio (AKA "Un físico")

Buena noticia esta de que al fin el interferómetro italiano haya aportado algo. De todas formas espero que mejoren la sensibilidad de los equipos y que se pueda detectar de dónde procedía la colisión de los agujeros negros con mucho menos margen de error. Entonces espero que podamos saber a ciencia cierta si las poblaciones de agujeros negros se localizaban en cúmulos de estrellas o si derivan del big bang.
En contra de lo que dice Daniel, no creo que lo ahora detectado provenga de las primeras estrellas supermasivas; no estoy seguro, pero creo que éstas estarían a redshifts mucho mayores que lo detectado ahora (de como mucho z = 0.14). He de leer muchos papers todavía y comprender bien todo este asunto, pero mi pálpito es que tanto ratio de detección de fusiones de agujeros negros (alrededor de uno al año) ha de derivar del Big Bang.
Por otro lado, el Nobel 2017 a Thorne, a Misner y a algún responsable del LIGO está (casi) asegurado.
Sección de recomendaciones bibliográficas: el clásico que uno ha de leer es en.wikipedia.org/wiki/Gravitation_(book) (capítulos 35 y los dos siguientes) ; ¿alguien se ha leído algún libro reciente de ondas gravitacionales que valga la pena (no un libro de divulgación, sino uno con nivel de matemáticas)?.

torquetorque

Nobel 2017 a Thorne, a Misner y a “algún responsable del LIGO”

Los fisicos experimentales que realizan el descubrimiento a la cabeza de la candidatura como siempre.

amagoamago

Hay unas cuantas cosas que se me escapan. Pero por decir una. Si la distancia es tan grande, aunque conociésemos el origen exacto de la señal ¿qué podríamos ver? ¿un cúmulo de estrellas? No imagino que los mayores telescopios ópticos ni siquiera radiotelescopios puedan resolver nada más pequeño que una galaxia a tanta distancia. Aunque se me escapa comprender estos artículos, me parecen los más interesantes.

Antonio (AKA "Un físico")Antonio (AKA "Un físico")

Mi anterior primer párrafo es confuso, pero bueno, no podemos ver con telescopios ópticos el superagujero negro que está en el centro de nuestra galaxia y, por mucho que mejore la sensibilidad de LIGO, menos podremos ver los agujeros negros en otras galaxias.
Si visitas rhcole.com/apps/GWplotter verás que a mayor refinamiento en las medidas de LIGO, se puede detectar más y mejor cosas en ese espectro de ondas gravitacionales (aunque sólo alrededor de esos 100 Hz).
Por otro lado ya publicité aquí el artículo arxiv.org/pdf/1702.08275.pdf y si te fijas en las figuras 7 y 10 ves que las masas de los agujeros negros primordiales casan con aquellos que se fusionan y que LIGO es capaz de detectar.
Parece ser entonces que a mayor precisión en la medida de LIGO, se podrá obtener mayor información sobre si el big bang pudo crear unos agujeros negros primordiales que sirvieron como ancla para la acumulación de masa bariónica y la postrera formación de las galaxias que ahora vemos con telescopios ópticos.

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>