Els alumnes de doctorat Rafel Jaume i Joan-René Mérou han fet una estada de tres mesos a l’observatori de la col·laboració científica LIGO a Livingston (EUA), durant la qual han ajudat a identificar i mitigar fonts de pertorbacions que afectaven els senyals, i han contribuït al seguiment en temps real d'ones gravitacionals durant el quart període d’observació dels detectors.

L’alumne de doctorat Joan Llobera Querol va participar ahir en la detecció d’un senyal d’ones gravitacionals provocat per la fusió binària de, com a mínim, un estel de neutrons, un fenomen excepcional que ha despertat l’interès de la comunitat científica internacional.

 

Els investigadors Rafel Jaume Amengual i Joan-René Mérou Mestre, de l'Institut de Computació Aplicada i Codi Comunitari (IAC3) de la Universitat de les Illes Balears (UIB), han realitzat una estada de recerca de tres mesos a l'observatori d'ones gravitacionals de la col·laboració científica LIGO a Livingston (Louisiana, EUA). Durant aquesta estada, que forma part del seu programa de doctorat a la UIB, han participat en tasques relacionades amb la millora de la sensibilitat de l’observatori a l’hora de detectar els senyals de les ones gravitacionals.

Tant Rafel Jaume Amengual com Joan-René Mérou Mestre han treballat estretament amb la doctora Anamaria Effler i el personal de l’observatori com a part de l'equip de caracterització del detector. El seu treball s'ha centrat a millorar la sensibilitat del detector, identificar i mitigar les fonts de pertorbacions, i contribuir al seguiment en temps real dels esdeveniments candidats d'ones gravitacionals durant el quart període d'observació (O4). A més, cada investigador ha participat en diferents projectes que han permès millorar les capacitats de LIGO.

Una detecció excepcional

La UIB participa de manera activa en la detecció d’ones gravitacionals a través de la col·laboració científica LIGO. Tant és així, que els membres del grup de recerca en Física Gravitacional: teoria i pràctica (GRAVITY) participen habitualment en els torns de guàrdia que estan pendents dels senyals detectats pels observatoris de LIGO.  

Ahir mateix, un altre dels alumnes de doctorat de la UIB, Joan Llobera-Querol, va participar de manera directa en el seguiment inicial d’un senyal que es va detectar a les 22.25 hores del dijous 6 de febrer, com un dels sis membres del torn de guàrdia de LIGO.

Les primeres estimacions apunten que el senyal S250206dm podria ser un candidat important d’ones gravitacionals de l’actual període d’observació dels detectors de LIGO (Estats Units), Virgo (Itàlia) i KAGRA (Japó).  

Si es confirma, és molt probable que aquest senyal provengui de la fusió binària entre almenys un estel de neutrons i un altre objecte encara desconegut, situat a una distància de 1.000 milions d’anys llum, aproximadament (més de 300 megaparsecs). Si els investigadors poden arribar a confirmar que aquest segon objecte és un estel de neutrons, ens trobaríem davant un fenomen excepcional que fins al moment només s’ha pogut observar en dues ocasions. 

Rafel Jaume Amengual

La participació de Rafel Jaume es va centrar a millorar els sistemes d'adquisició de dades de LIGO, especialment els convertidors analògics-digitals (CAD). Aquests dispositius s'encarreguen de convertir els senyals analògics dels sensors de LIGO en dades digitals per a l'anàlisi.

La seva recerca va analitzar com la interferència entre els canals CAD podria distorsionar les dades, un problema crític per a sistemes de precisió com LIGO, amb troballes que destaquen la importància d'aïllar els canals per garantir la precisió de les dades. També va treballar amb senyals DuoTone, que serveixen com a testimonis de temporització en el flux de dades, assegurant una precisió de temporització de menys de microsegons per alinear la sortida de l'interferòmetre amb els estàndards UTC.

A més, va millorar la precisió del calibratge necessari per quantificar la resposta de LIGO a les ones gravitacionals, reduir els biaixos en les mesures de forats negres i estels de neutrons, i garantir conclusions científiques fiables.

Rafel Jaume també va col·laborar en investigacions sobre fonts de pertorbacions i va contribuir a analitzar la qualitat de les dades durant els esdeveniments candidats a ones gravitacionals. També va participar en els torns de treball de l'equip de resposta ràpida, donant suport a la validació en temps real de candidats a ones gravitacionals i analitzant esdeveniments de renou.

Joan-René Mérou Mestre

Joan-René es va centrar a identificar i mitigar diversos problemes de renou que havien desafiat els científics durant mesos. També va contribuir al seguiment ràpid dels esdeveniments candidats a deteccions d'ones gravitacionals durant el quart període d'observació. Va identificar un problema de calibratge que afectava el renou proper a la freqüència del púlsar del Cranc, un estel de neutrons situat a la nebulosa del Cranc. A més, va implementar un sistema automatitzat per enregistrar l’activitat del detector durant els esdeveniments de pèrdua de bloqueig. Aquest sistema és fonamental per garantir la seguretat dels instruments i millorar el diagnòstic operatiu.

També va contribuir a la investigació d’una pertorbació originada per l'electrònica en els bastidors làser preestabilitzats, i va rastrejar una altre font de renou persistent a l’electrònica dels bastidors de buit, contribuint a l'enteniment de l'origen d’aquest artefacte.

A més, Joan-René va participar en els torns de l'equip de resposta ràpida a candidats a deteccions de senyals d'ones gravitacionals, donant suport a la validació en temps real de dues deteccions d'ones gravitacionals: 241113p i 241116cq, dues coalescències de sistemes binaris de forats negres. Després de la validació dels candidats d'ones gravitacionals, Joan-René va ser el responsable d’enviar circulars a la comunitat científica mundial a través de la Xarxa de Coordenades Generals de la NASA.

Per què és important la seva feina?

Les ones gravitacionals són pertorbacions ondulatòries a l’espaitemps que es propaguen a partir d’esdeveniments com la fusió de forats negres, col·lisions d'estrelles de neutrons o altres fenòmens còsmics altament energètics. Aquestes ones duen informació sobre els esdeveniments cataclísmics que les varen crear, i ofereixen una nova manera d'estudiar l'univers.

Per detectar aquestes ones gravitacionals, la col·laboració científica LIGO, en la qual participa la UIB a través del grup de recerca en Física Gravitacional: Teoria i Pràctica (GRAVITY), ha desenvolupat instruments altament sensibles que utilitzen interferometria làser avançada i que es troben ubicats en dos observatoris als Estats Units: a Hanford (Washington) i a Livingston (Louisiana).

Els detectors d'ones gravitacionals són increïblement sensibles, el qual cosa significa que també són susceptibles a una gran varietat de fonts de pertorbacions. Per això, han d’operar en un entorn lliure de vibracions sísmiques i d’altres fonts de renou, com ara les interferències elèctriques, les fluctuacions de temperatura i els efectes de l’activitat humana.

L'equip de caracterització del detector, en el qual han participat els investigadors de l’IAC3, té un paper vital en la identificació i mitigació d'aquestes fonts de renou. La seva feina garanteix que les dades recollides per LIGO siguin precises i lliures d'artefactes que puguin imitar o enfosquir els senyals d'ones gravitacionals.

Tots dos investigadors han contribuït a millorar les capacitats de LIGO durant el quart període d’observació. Els coneixements i les eines que han desenvolupat seran útils per a les deteccions d'ones gravitacionals actuals i futures.

Data de publicació: 07/02/2025