Surge una nueva visión a partir de los datos de LIGO

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Artículo publicado por Tushna Commissariat el 15 de febrero de 2016 en physicsworld.com

Los investigadores de la colaboración LIGO, que anunciaron la semana pasada la primera detección de ondas gravitatorias – emitidas por la fusión de dos agujeros negros – también han captado una posible segunda señal de otro evento de ondas gravitatorias. Aunque la señal procedente de «LVT151012″ es mucho más débil que la confirmada en el evento “GW150914”, el equipo de LIGO dice que es muy probable que tenga un origen astrofísico, y que surja a partir de la unión de dos agujeros negros. Los investigadores han observado además “varios eventos aún menos significativos en los datos, muy probablemente debidos a alguna perturbación en los detectores», que están analizando actualmente para ver si alguno de ellos procede de ondas gravitatorias. Sus conclusiones, que se espera que lleguen a lo largo de este año, abrirán por fin la nueva era de la astronomía de ondas gravitatorias.

Fusión de dos agujeros negros Crédito: Simulating eXtreme Spacetimes

Aunque LVT151012 es la siguiente señal en interés como candidata, los datos aún no son estadísticamente lo bastante significativos (aproximadamente 2σ) para poder declararla como “detección” y el equipo necesitará más análisis para poder afirmar si es un evento o ruido. A pesar de esto, la científico de LIGO Amber Stuver, con sede en el Observatorio Livingston de LIGO en Louisiana, Estados Unidos, comentó a physicsworld.com que la señal del evento candidato, que se detectó el pasado mes de octubre, era similar a la de GW150914 y era “limpia y clara”. Estos eventos sugieren que la tasa de fusiones de agujeros negros es mayor de la esperada, entre seis y 400 por gigapársec cúbico por año.

Es más, Stuver apunta que los agujeros negros de masa estelar que se fusionaron en el evento GW150914 son por sí mismos sorprendentes. Los astrónomos pensaban que dichos agujeros negros binarios de masa estelar no se formarían o, de hacerlo, estarían demasiado alejados como para fusionarse en el tiempo de vida del universo. La detección de LIGO ha demostrado que esto no era cierto, desatando lo que Stuver espera que sea una revolución en la astronomía.

Primeras señales de agujeros negros

James Hough de la Universidad de Glasgow, en el Reino Unido, está de acuerdo con Stuver, señalando que el descubrimiento de LIGO también es la única prueba directa que tenemos de la existencia de los agujeros negros. Los astrónomos habían obtenido anteriormente sólo pruebas indirectas en forma de rayos-X procedentes de la materia que cae al agujero negro, y la distorsión de las órbitas de las estrellas en los centros galácticos que albergan agujeros negros supermasivos.

Hough dice que el equipo pude estar seguro de que las ondas del evento GW150914 procedían de la fusión de dos agujeros negros de masa estelar debido a que las ondas se relacionan directamente con el tamaño del sistema. El radio de los objetos es tal que deben ser agujeros negros por la masa que tienen, explica. “Creo que no hay ninguna duda sobre eso”.

Añade que la señal procedente de GW150914 era tan perfecta y clara que casi no se necesitó de ningún análisis de datos sofisticado para extraerla a partir de los datos de LIGO. La señal duró en el detector casi 0,2 s, barriendo desde los 30 Hz a los 150 Hz, casi exactamente los esperado para tal tipo de onda.

Comparar con las plantillas

De acuerdo con Stuver, LIGO tiene un gran “banco de plantillas” que contiene simulaciones detalladas y predicciones de cada tipo posible de fusión – sean agujeros negros binarios o estrellas de neutrones – con muchas permutaciones y combinaciones distintas de posibles masas. Cada plantilla produce una señal única de onda gravitatoria y el sistema informático de los investigadores busca activamente una alta correlación entre las plantillas y la señal entrante. Si están cerca, se marca como detección. Para GW150914, esta correlación era extremadamente clara e inmediatamente evidente.

LIGO usa otro método para detectar “estallidos” de ondas gravitatorias procedentes de fuentes desconocidas para las que no tenemos modelos (como las supernovas) que implica buscar una «anomalía estadísticamente significativa» en los datos. Ambos métodos computacionales captaron fácilmente la señal de GW150914, aumentando las posibilidades de que fuese una detección desde el primer momento. Aun así, el equipo pasó los siguientes cuatro meses confirmando su hallazgo. “Lo intentamos todo para demostrar que no era una señal real, pero superó cada obstáculo que le pusimos”, comenta.

Dado que la detección era tan clara, los investigadores pudieron obtener información como el espín final del agujero negro. La portavoz de LIGO Gabriela González, de la Universidad Estatal de Louisiana, en los Estados Unidos, explica que este espín distorsiona la forma de la onda gravitatoria, dejando un sello en ella que LIGO pudo detectar. “Generamos todo tipo de formas de onda con todos los tipos de espines, y todos los tipos de masas”, comenta. Luego se comparan con los datos para ver cuál se ajusta mejor.

González añade que la información de espín procedente de GW150914 también es interesante dado que el espín no es tan grande. El “parámetro de espín” para el agujero negro final se encontró que tenía un valor de apenas 0,67, lo que es muy bajo dada la gran masa de los agujeros negros, siendo lo esperando un espín cerca del valor máximo de 1. González dice que descubrir el porqué en los datos de LIGO será un terreno fértil en el que buscar para teóricos y astrofísicos. «Nosotros seguiremos detectando formas de onda y recopilando datos», añade.

Las ondas gravitatorias pueden también contener información clave sobre la naturaleza de la materia oscura. Aunque es demasiado pronto para asegurar si la actual detección revelará información sobre la materia oscura, Hough cree que hay una buena posibilidad de que «podamos ver algo en el futuro, sobre la forma en que se distorsionan las señales cuando llegan hasta nosotros».

Referencias

La investigación se publica en Physical Review Letters y se puede acceder de forma gratuita: «Observation of gravitational waves from a binary black-hole merger»

Un artículo adicional se publica en Astrophysical Journal Letters, y también es de acceso gratuito: «Astrophysical implications of the binary black-hole merger GW150914»