16/10/2017

Detectan por primera vez ondas gravitacionales

La Colaboración Científica LIGO (EEUU) y la Colaboración Virgo (Europa) han detectado por primera vez ondas gravitacionales procedentes de una colisión de estrellas de neutrones. Científicos de la Universitat de València (UV) y de Illes Balears participan en este nuevo hito para la ciencia.



AUTOR: UV

Equip ones gravitacionals La detección ha sido presentada en Madrid, en el transcurso de una rueda de prensa a la que ha asistido la vicerrectora de Investigación y Política Científica de la Universitat de València, Pilar Campins, y José Antonio Font, investigador principal de la Colaboración Virgo en la Universitat de València.

 

El grupo Virgo en la Universitat de València lo forman nueve investigadores del Departamento de Astronomía y Astrofísica y del Departamento de Matemáticas. Dos de sus miembros, José María Ibáñez y José Antonio Font, también pertenecen al Observatorio Astronómico de la Universitat de València.

 

El grupo contribuye a la Colaboración Virgo en el desarrollo de algoritmos para el análisis de señales gravitatorias y estimación de parámetros de fuentes astrofísicas, así como en la generación de patrones de radiación gravitacional mediante técnicas de relatividad numérica. Los algoritmos para el análisis de señales gravitatorias se basan en técnicas de variación total, línea de investigación liderada por Antonio Marquina.

 

El grupo también realiza simulaciones numéricas de explosiones supernova para la estimación de parámetros a partir de la información contenida en las ondas gravitacionales, línea de investigación impulsada por Pablo Cerdá. La modelización numérica mediante supercomputación es, en general, muy intensa en el grupo, en particular en el contexto de colapso estelar, explosiones supernova y colisión de binarias de estrellas de neutrones.

 

Miembros del grupo involucrados en tales simulaciones son Miguel Ángel Aloy, Pablo Cerdá, José Antonio Font, Martin Obergaulinger y Nicolas Sanchis. Además, el equipo también participa en el desarrollo de métodos numéricos de Machine Learning para la clasificación del ruido instrumental en los detectores avanzados, proyecto en el que Alejandro Torres desempeña un papel fundamental. Finalmente, Isabel Cordero proporciona importante apoyo en los aspectos matemáticos y numéricos que subyacen a la mayoría de las líneas de investigación.

 

Font apunta: “La histórica detección de la primera señal gravitacional de la colisión de dos estrellas de neutrones, junto con la correspondiente emisión electromagnética, marca el inicio de una nueva era de descubrimiento que promete ofrecer respuestas a preguntas fundamentales en astrofísica relativista, cosmología, física nuclear, o la naturaleza de la gravitación. Es revolucionario”.

 

Hace dos años, el 14 de setiembre de 2015, LIGO y Virgo iniciaron conjuntamente una nueva era para la astronomía con la primera observación directa de ondas gravitacionales, las perturbaciones del espacio?tiempo predichas por la teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, procedentes de la fusión de dos agujeros negros.

 

Ahora, los mismos protagonistas, junto con otros 70 observatorios terrestres y espaciales anuncian otro descubrimiento histórico: la primera observación simultánea de ondas gravitacionales procedentes de la espectacular colisión de dos estrellas de neutrones, y de contrapartidas en todo el espectro electromagnético, un evento cósmico que marca el inicio de la astronomía de multi?mensajeros con ondas gravitacionales.

 

Los resultados LIGO-Virgo se publican en la revista Physical Review Letters; trabajos adicionales de las colaboraciones LIGO-Virgo y de la comunidad astronómica han sido enviados y algunos han sido ya aceptados para su publicación en diferentes revistas.

 

Los resultados del descubrimiento se han hecho públicos durante la rueda de prensa celebrada en la sede del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (Madrid). Ha intervenido también Juan María Vázquez, secretario general de Ciencia e Innovación.

 

Una señal estelar

 

Las estrellas de neutrones son las estrellas más pequeñas y densas conocidas y se forman cuando estrellas más masivas explotan en forma de supernovas. A medida que la órbita de las dos estrellas de neutrones fue disminuyendo en forma de espiral, el sistema binario emitió ondas gravitacionales que fueron detectadas durante unos 100 segundos.

 

Al colisionar, con una velocidad de aproximadamente la tercera parte de la velocidad de la luz, se emitió un destello de luz en forma de rayos gamma que fue observado en la Tierra unos dos segundos después de la detección de las propias ondas gravitacionales.

 

En los días y semanas posteriores a la colisión, otras formas de luz o radiaciones electromagnéticas –incluyendo rayos X, ultravioleta, óptica, infrarroja y ondas de radio– fueron también detectadas.

 

Las observaciones han dado a los astrónomos una oportunidad sin precedentes para investigar la colisión de dos estrellas de neutrones. Por ejemplo, las observaciones realizadas por el observatorio Gemini de Estados Unidos, el European Very Large Telescope y el Hubble Space Telescope de la NASA revelan trazas de materiales recientemente sintetizados, incluyendo oro y platino, descifrando el misterio no resuelto durante décadas sobre dónde se producen aproximadamente la mitad de todos los elementos químicos más pesados que el hierro.

 

La señal gravitacional, conocida como GW170817, fue detectada el 17 de agosto a las 14:41 hora peninsular por los dos detectores americanos LIGO avanzado. Es la señal más intensa detectada por la red de interferómetros LIGO-Virgo hasta la fecha. La información proporcionada por el tercer detector, Virgo avanzado, situado cerca de Pisa, Italia, permitió mejorar la localización del evento cósmico.

 

LIGO avanzado es un detector de en septiembre de 2015, LIGO avanzado ha realizado dos periodos de observación. El segundo periodo de observación O2 comenzó el 30 de noviembre de 2016 y terminó el 25 de agosto de 2017. El detector Virgo avanzado también es un instrumento de segunda generación. El 1 de agosto de 2017, Virgo avanzado se unió a los detectores LIGO para trabajar conjuntamente durante las últimas cuatro semanas del periodo de observación O2.

 

La Colaboración Virgo está formada por más de 280 físicos e ingenieros pertenecientes a 20 grupos de investigación europeos diferentes: seis del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en Francia; ocho del Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italia; dos en Holanda con Nikhef; la MTA Wigner RCP en Hungría; el grupo POLGRAW en Polonia; España con la Universidad de Valencia; y el Observatorio Gravitacional Europeo, EGO, el laboratorio que aloja el detector Virgo cerca de Pisa en Italia, financiado por CNRS, INFN y Nikhef.

 

Alrededor de 1.500 científicos de la Colaboración Científica LIGO y de la Colaboración Virgo trabajan conjuntamente para operar los detectores y para procesar y entender los datos de las ondas gravitacionales que capturan.

 

La detección

 

El 17 de agosto, el software de análisis de datos a tiempo real de LIGO captó una fuerte señal de ondas gravitacionales desde el espacio en uno de los dos detectores LIGO (Hanford). Casi al mismo tiempo, el Gamma-­?ray Burst Monitor del Fermi Gamma?ray Space Telescope de la NASA detectó una explosión de rayos gamma.

 

El software de análisis LIGO?Virgo consideró ambas señales de manera conjunta y se observó que era improbable que fueran una coincidencia fortuita, mientras que otro análisis paralelo y automatizado de LIGO indicaba que había una señal de onda gravitacional coincidente en el otro detector LIGO (Livingston). La rápida detección de la onda gravitacional por el equipo de LIGO-­Virgo, junto con la detección de los rayos gamma de Fermi, permitieron el lanzamiento del seguimiento por telescopios alrededor del mundo.

 

Los datos de LIGO indicaron que dos objetos astrofísicos situados a una distancia relativamente pequeña de la Tierra, alrededor de 130 millones de años-luz, habían estado aproximándose en órbitas espirales. Presumiblemente, los objetos no eran tan grandes como un sistema binario de agujeros negros –objetos que LIGO y Virgo ya habían detectado previamente.

 

En su lugar, se estimó que los dos objetos en órbita espiral debían estar en un rango de entre 1,1 y 1,6 veces la masa del Sol, es decir, en el rango de masa de las estrellas de neutrones. Una estrella de neutrones es una estrella de unos 20 kilómetros de diámetro y de material tan denso que una cucharadita de su material equivaldría a una masa de alrededor de mil millones de toneladas.

 

Mientras que los sistemas binarios de agujeros negros producen un leve gorjeo de una fracción de segundo en la banda sensible del detector LIGO, el gorjeo del 17 de agosto duró aproximadamente 100 segundos y se pudo ver a través de toda la gama de frecuencias de LIGO –aproximadamente el mismo rango que los instrumentos musicales comunes.

 

Los científicos pudieron identificar la fuente del gorjeo como objetos mucho menos masivos que los agujeros negros observados hasta la fecha. Los análisis mostraron que un evento de estas características sucede menos de una vez en 80.000 años por coincidencia aleatoria, por lo que se identificó de inmediato como una detección muy segura.


DESTACAMOS

El Grupo Virgo de la Universitat de València tiene el apoyo del Ministerio de Economía y Competitividad (AYA2015-66899-C2-1?P), y la Conselleria d’Educació, Investigació, Cultura i Esport de la Generalitat Valenciana (PROMETEOII-2014-069). Participa en los proyectos NewCompStar: Exploring fundamental physics with Compacts Stars (MNPS COST Action MP1304), PHAROS: The multi-messenger physics and astrophysics of compact stars (CA COST ACTION CA16214), FunFICO: Fundamental fields and compact objects: theory and astrophysical phenomenology (H2020-MSCA-RISE-2017).

 

Ambos grupos tienen el apoyo de la Red Española de Supercomputación y PRACE, participan en el proyecto GWverse: Gravitational waves, black holes, and fundamental physics (CA COST ACTION CA16104), y forman parte de la Red Temática de Ondas Gravitacionales (REDONGRA-FPA2015-?69815-REDT).

 

Juan José Hernández, director del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, Universitat de València-CSIC), indica que los telescopios de neutrinos entre los que se encuentra ANTARES, en el que trabajan científicos del IFIC, buscan neutrinos de muy alta energía asociados a esta fusión de estrellas de neutrones observada en ondas gravitacionales por LIGO-Virgo, “lo que demostraría que estos cataclismos son una de las aún misteriosas fuentes de rayos cósmicos”.

 

Consulta artículo GW170817: Observation of gravitational waves from a binary neutron star merger.






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