El Grup de Relativitat i Gravitació de la Universitat de les Illes Balears participa a través de la Col·laboració Científica LIGO en la detecció d'aquest fenomen fruit de la fusió de dos forats negres
L'Observatori per Interferometria Làser d'Ones Gravitacionals (LIGO) ha fet la tercera detecció d'ones gravitacionals. Com en els dos casos anteriors, les ones han estat generades per la fusió de dos forats negres que n'han format un de més gran.
Aquesta troballa consolida l'existència d'una nova classe de parella de forats negres, o forats negres binaris, amb masses més grans que les que s'havien detectat mai abans de LIGO. Així, el forat negre sorgit de la fusió dels dos forats negres de la tercera detecció té una massa que és 49 vegades la del Sol. Això omple la diferència que hi havia entre els dos forats negres de les dues primeres deteccions de LIGO: en la primera detecció, la massa del forat negre era 62 vegades la del Sol, mentre que en la segona detecció la massa del forat negre era 21 vegades la del Sol.
La tercera detecció d'ones gravitacionals que ha fet la Col·laboració Científica LIGO, en la qual participa el Grup de Relativitat i Gravitació de la Universitat de les Illes Balears, va tenir lloc el passat 4 de gener de 2017, en el marc de l'actual període d'observació de LIGO. Aquest període va començar el 30 de novembre de 2016 i s'allargarà fins passat l'estiu.
En la col·laboració científica LIGO hi participen més de 1.000 investigadors d'arreu del món. Les observacions es fan a través de dos detectors -un a Hanford (Washington, EUA), i l'altre a Livingston (Louisiana, EUA)- que són operats per Caltech i el MIT amb el finançament de la National Science Foundation (NSF).
La primera observació directa de les ones gravitacionals la va fer LIGO el setembre de 2015, durant el seu primer període d'observació. La segona detecció va tenir lloc el desembre de 2015. La tercera detecció, anomenada GW170104, es descriu en un article que publica la revista científica internacional Physical Review Letters.
En els tres casos, cadascun dels dos detectors de LIGO va detectar ones gravitacionals de la fusió enormement energètica de parelles de forats negres. Aquestes col·lisions produeixen més energia, en l'instant anterior a la fusió dels forats negres, que l'energia emesa com a llum per tots els estels i les galàxies de l'Univers en qualsevol moment. La darrera detecció és la més llunyana, amb els forats negres localitzats aproximadament a 3 mil milions d'anys llum. Els forats negres de la primera i la segona detecció estaven a una distància de 1.300 i 1.400 milions d'anys llum, respectivament.
El gir dels forats negres
La nova observació també proporciona pistes sobre les direccions de gir dels forats negres. En la mesura que les parelles de forats negres fan espirals un al voltant de l'altre, també giren sobre els seus propis eixos. A vegades, el gir dels forats negres es fa en la mateixa direcció orbital en la qual gira la parella -és allò que els astrònoms coneixen com a girs alineats- i a vegades giren en direcció oposada al moviment orbital -això es coneix com a gir antialineat. Encara més, els forats negres també poden estar inclinats fora del pla orbital. Essencialment, els forats negres poden girar en qualsevol direcció.
Les noves dades de LIGO no poden determinar si els forats negres observats recentment estaven inclinats, però sí que poden indicar que almenys un dels forats negres possiblement estava no alineat en comparació amb el moviment orbital, i això dona pistes sobre com s'hauria format la parella de forats negres.
Hi ha dos models que expliquen com es poden formar les parelles de forats negres. En un model, els forats negres s'uneixen al final de la seva vida a través de grups estel·lars densos. Els forats negres s'aparellen després d'enfonsar-se al centre del grup d'estels. En aquest escenari, els forats negres poden girar en qualsevol direcció relativa al seu moviment orbital.
L'altre model proposa que els forats negres neixen junts. Es formen quan cada estel de la parella explota, i llavors, com que els estels originals giraven alineats, els forats negres segueixen alineats. LIGO ha posat sobre la taula evidències que els forats negres de la tercera detecció poden no estar alineats, la qual cosa afavoreix la teoria dels grups estel·lars densos.
L'estudi també posa a prova les teories d'Albert Einstein. Per exemple, els investigadors han cercat un efecte anomenat dispersió, que s'esdevé quan la llum ondula en un medi físic com el vidre i viatja a diferents velocitats segons la longitud d'ona. Així és com un prisma crea un arc de Sant Martí. La teoria general d'Albert Einstein manté que la dispersió no es pot produir en les ones gravitacionals en la propagació des de la seva font fins a la Terra. LIGO no ha trobat evidències d'aquest efecte, la qual cosa torna a fer palès que Einstein tenia raó.
Els investigadors seguiran cercant en les dades recollides per LIGO nous senyals d'ones gravitacionals. De fet, ja estan treballant en les millores tècniques que s'introduiran en el següent període d'observació, que està programat que comenci al final de 2018, durant el qual la sensibilitat dels detectors serà millorada.
LIGO
LIGO té el finançament de la National Science Foundation (NSF), i és operat per Caltech i el MIT, que han concebut i construït el projecte. Advanced LIGO està finançat per la NSF, juntament amb la Max Planck Society (Alemanya), el Science and Technology Facilities Council (Regne Unit) i l'Australian Research Council (Austràlia), que han contribuït significativament al projecte. Més de 1.000 científics d'arreu del món participen en l'esforç a través de la Col·laboració Científica LIGO, que inclou la col·laboració GEO. LIGO fa equip amb la col·laboració VIRGO, un consorci que inclou 280 científics d'arreu d'Europa amb el suport del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) i Nikhef, així com la institució amfitriona de VIRGO, el European Gravitational Observatory. La resta de socis de LIGO estan detallats a: http://ligo.org/partners.php.
GRG
El Grup de Relativitat i Gravitació (GRG) de la UIB és l'únic grup de recerca a Espanya que ha participat en les tres deteccions d'ones gravitacionals a través de la Col·laboració Científica LIGO i GEO. La UIB participa en la Col·laboració Científica LIGO des de 2002, si bé la doctora Alícia Sintes, professora del Departament de Física, va ser una de les investigadores que va intervenir en la posada en marxa d'aquest grup de científics l’any 1997. La doctora Sintes i el doctor Sascha Husa, també professor de la UIB i membre del GRG, formen part del Consell de LIGO. A més, un grup format per investigadors del Departament d'Astronomia i Astrofísica i del Departament de Matemàtiques de la Universitat de València és el primer grup espanyol que forma part de la Col·laboració VIRGO des de juliol de 2016.
El Grup de Relativitat i Gravitació és membre de l'Institut d'Aplicacions Computacionals de Codi Comunitari (IAC3) de la UIB i de l'Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC). Té el suport del Ministeri d'Economia i Competitivitat (FPA2016-76821-P), la Conselleria d’Educació, Cultura i Universitats i la Vicepresidència i Conselleria d’Innovació, Recerca i Turisme del Govern de les Illes Balears, el Fons Social Europeu, el Fons Europeu de Desenvolupament Regional, la Xarxa Espanyola de Supercomputació i PRACE. A més, participa en el projecte Consolider Ingenio Multidark (CSD2009-00064) i forma part la xarxa Consolider: Centre Nacional de Física de Partícules, Astropartícules i Nuclear (CPAN – FPA2015-69037-REDC) i de les xarxes d'excel·lència: Xarxa Nacional d’Astropartícules (RENATA- FPA2015-68783-REDT) i Xarxa Temàtica d'Ones Gravitacionals (REDONGRA – FPA2015-69815-REDT).
Per a més informació:
- Participació del GRG a LIGO: http://grg.uib.es/ligo/
- Web de LIGO: http://ligo.caltech.edu
Referència bibliogràfica
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific and Virgo Collaboration). «GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2». Physical Review Letters, 118, 221101, 1 de juny de 2017. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.221101
Notícies relacionades
- Els doctors Alícia Sintes i Sascha Husa, Ciutadans Europeus de l'Any (15/05/2017)
- La doctora Alícia Sintes serà nomenada filla predilecta de Sant Lluís (28/04/2017)
- La doctora Alícia Sintes i el professor Felip Cirer, guardonats amb el premi Ramon Llull 2017 del Govern de les Illes Balears (17/02/2017)
- LIGO detecta ones gravitacionals provinents d'una altra fusió de dos forats negres (15/06/2016)
- Dos premis internacionals per a la col·laboració científica internacional LIGO (05/05/2016)
- El Grup de Relativitat i Gravitació, premiat per Onda Cero (26/02/2016)
- Les ones gravitacionals, detectades cent anys després de la predicció d'Einstein (11/02/2016)
- La detecció de les ones gravitacionals explicada pels investigadors del GRG (18/02/2016)
- Presentació de l'estat de la recerca de la Col·laboració Científica LIGO sobre les ones gravitacionals (11/02/2016)
- Cent anys després, la UIB cerca comprovar la darrera predicció pendent de la teoria de la relativitat general d'Einstein (19/11/2015)
Data de publicació: 01/06/2017