Escoltar

LIGO detecta ones gravitacionals provinents d'una altra fusió de dos forats negres

El Grup de Relativitat i Gravitació de la Universitat de les Illes Balears participa a través de la Col·laboració Científica LIGO en la identificació d'un segon esdeveniment d'ones gravitacionals en les dades dels detectors Advanced-LIGO 

Podeu seguir la roda de premsa de la Col·laboració Científica LIGO en directe des d'aquest enllaç: <https://aas.org/aas-briefing-webcast>.

https://aas.org/aas-briefing-webcast#sthash.iHUy369A.dpuf
https://aas.org/aas-briefing-webcast#sthash.iHUy369A.dpuf

El 26 de desembre de 2015 a les 03:38:53 UTC, els científics varen observar ones gravitacionals –ondulacions en el teixit de l'espaitemps– per segona vegada. GW151226 és la segona observació clara d'una fusió de forats negres i, juntament amb GW150914, marca l'inici de l'astronomia d'ones gravitacionals com un mitjà per explorar noves fronteres del nostre univers.

Les ones gravitacionals varen ser detectades pels dos detectors bessons de l'Observatori  per Interferometria Làser d'Ones Gravitacionals (LIGO, per les seves sigles en anglès), situats a Livingston, Louisiana, i Hanford, Washington, EUA.

Els observatoris LIGO estan finançats per la National Science Foundation (NSF), i varen ser concebuts i construïts i són operats pel Caltech i el MIT. El descobriment, acceptat per publicar-lo a la revista Physical Review Letters, va ser realitzat per la Col·laboració Científica LIGO (que inclou la Col·laboració GEO i l'Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy) i la col·laboració Virgo usant dades dels dos detectors LIGO.

La UIB participa en aquest nou descobriment

Aquest senyal, GW151226, va ser identificat a tan sols 70 segons de la seva arribada a la Terra pels algorismes de baixa latència. Aproximadament un minut després, es tenien les primeres indicacions de l'origen del senyal gràcies a una tècnica coneguda com a filtratge adaptat. En aquest mètode, les dades es comparen amb moltes prediccions de senyals gravitacionals (catàlegs de formes d'ona) amb la finalitat de trobar la que hi coincideix millor. En aquest cas, el filtratge adaptat va ser essencial tant per a la detecció com per a la posterior anàlisi de GW151226, a causa que aquesta té una menor intensitat, en comparació amb GW150914, i és difícil de veure a simple vista.

El desenvolupament de catàlegs precisos de formes d'ona basats en la relativitat general resulta imprescindible per estudiar les fusions de binaris de forats negres i és una de les activitats principals del grup de Relativitat i Gravitació (GRG) de la Universitat de les Illes Balears (UIB). A més, les seves fórmules són utilitzades per generar els diversos centenars de milers de patrons d'ona utilitzats en l'anàlisi de les dades de LIGO/Virgo i per dur a terme aquest descobriment.

Per calibrar aquests bancs de patrons cal utilitzar simulacions numèriques, generades en molts casos gràcies a l'ús d'infraestructura computacional europea (PRACE) i de la Xarxa Espanyola de Supercomputació. Cal assenyalar que el doctor Sascha Husa,  professor de la UIB i membre del GRG, lidera un projecte internacional que ha estat recentment seleccionat per PRACE, amb més de 8 milions d'hores de CPU, i des de 2010 el grup de la UIB ha tingut accés de forma continuada a temps de càlcul en el MareNostrum, el supercomputador més potent d'Espanya, del BSC-CNS, que ha estat essencial per al desenvolupament d'aquests catàlegs.

D'altra banda, el grup de la UIB, liderat per la doctora Alicia Sintes, està totalment dedicat a l’anàlisi de les dades de LIGO, a la caça d'un possible senyal gravitacional continu procedent de púlsars desconeguts (estels de neutrons en rotació). Aquests senyals són tan febles que és necessari integrar totes les dades preses durant aquests quatre mesos per tenir alguna oportunitat de veure qualque cosa. Si aquesta anàlisi desvetllàs algun senyal, aquest ens aportaria informació sobre la matèria a l'interior dels estels de neutrons, un objecte de la grandària aproximada de Menorca i amb una massa un 50 per cent més gran que el nostre Sol, governat per les lleis de la teoria quàntica.

La doctora Alicia Sintes, de la UIB, lidera l'únic grup espanyol membre de la Col·laboració Científica LIGO. Des de març de 2016, la doctora Sintes, juntament amb el professor Keith Riles, de la Universitat de Michigan, presideix el grup de treball LIGO-Virgo per a la cerca de senyals gravitacionals continus. La doctora Sintes i el doctor Sascha Husa formen part del Consell de LIGO i han participat, juntament amb altres membres del grup de la UIB, en els articles d'aquests descobriments. 

L'origen del senyal

Les ones gravitacionals porten amb si informació sobre els seus orígens i sobre la naturalesa de la gravetat que no pot obtenir-se d'una altra forma, i els físics han arribat a la conclusió que les ones gravitacionals detectades el 26 de desembre de 2015, una vegada més es varen produir durant els moments finals de la fusió de dos forats negres de 14 i 8 masses solars per produir un únic forat negre en rotació més massiu, d'unes 21 vegades la massa del Sol.

Durant la fusió, que es va produir fa aproximadament 1.400 milions d'anys, una quantitat d'energia més o menys equivalent a la massa del Sol es va convertir en ones gravitacionals. El senyal detectat prové de les últimes 27 òrbites dels forats negres abans de la fusió. El temps d'arribada dels senyals, 1.1 mil·lisegons abans al detector de Livingston que al detector de Hanford, dóna una idea aproximada de la posició de la font al cel.

«És molt significatiu que aquests forats negres fossin molt menys massius que els de la primera detecció», diu Gabriela González, portaveu de la Col·laboració Científica LIGO (LSC) i professora de física i astronomia a la Universitat de l'Estat de Louisiana. «A causa de les seves masses més lleugeres, es varen passar més temps -al voltant d'un segon- en la banda sensible dels detectors. És un començament prometedor per a l'estudi de les poblacions dels forats negres al nostre univers».

Les primeres deteccions d'ones gravitacionals amb Advanced-LIGO

La primera detecció d'ones gravitacionals, anunciada l'11 de febrer de 2016, va ser una fita en la física; es va confirmar una important predicció de la teoria general de la relativitat d'Einstein de 1915, i va marcar l'inici del nou camp de l'astronomia d'ones gravitacionals.

El segon descobriment «ha posat veritablement la ‘O’ d'Observatori a LIGO», diu Albert Lazzarini, del Caltech, director adjunt del Laboratori LIGO. «Amb la detecció de dos esdeveniments forts en els quatre mesos del nostre primer període d'observació, podem començar a fer prediccions sobre la freqüència amb la qual podríem estar escoltant les ones gravitacionals en el futur. LIGO ens porta una nova manera d'observar alguns dels esdeveniments més foscs i més energètics al nostre univers».

Tots dos descobriments varen ser possibles gràcies a les capacitats millorades d’Advanced-LIGO, una important actualització que augmenta la sensibilitat dels instruments en comparació amb els detectors LIGO de primera generació, la qual cosa permet un gran augment del volum de l'univers explorat.

El proper període d'observació d'Advanced-LIGO tindrà lloc aquesta tardor. Llavors, s'espera que les millores en la sensibilitat del detector permetran a LIGO aconseguir un volum d'univers  d'1,5 a 2 vegades major. S'espera que el detector Virgo s'unirà a LIGO en la segona meitat d'aquest període d'observació.

La recerca a LIGO és duta a terme per la Col·laboració Científica LIGO (LSC), un grup de més de 1.000 científics d'universitats de tot Estats Units i d'altres 14 països. Més de 90 universitats i instituts de recerca de LSC desenvolupen tecnologia per al detector i analitzen dades; al voltant d'uns 250 estudiants contribueixen de forma rellevant a la col·laboració. La xarxa de detectors LSC inclou els interferòmetres de LIGO i el detector GEO600.

La recerca a Virgo és duta a terme per la Col·laboració Virgo, un grup de més de 250 físics i enginyers pertanyents a 19 grups de recerca europeus diferents: 6 al Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) de França; 8 a l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) a Itàlia; Nikhef, als Països Baixos;  l'institut Wigner  RCP, a Hongria; el grup POLGRAW, a Polònia; i el European Gravitational Observatory (EGO), el laboratori que alberga l'interferòmetre  Virgo, prop de Pisa, a Itàlia.

La NSF d'Estats Units lidera el suport financer d’Advanced-LIGO. Organismes de finançament a Alemanya (Societat Max Planck), el Regne Unit (Consell d'Infraestructures de  Ciència i Tecnologia,  STFC) i Austràlia (Consell Australià de Recerca) també han contribuït significativament al projecte.

Algunes de les tecnologies clau que varen fer que Advanced-LIGO fos molt més sensible varen ser desenvolupades i provades per la col·laboració britanicoalemanya GEO. Els recursos informàtics han estat aportats de forma significativa pel clúster Atlas de l’AEI-Hannover, el Laboratori LIGO,  la Universitat de Syracuse, el clúster ARCCA de la Universitat de Cardiff, la Universitat de Wisconsin a Milwaukee i l’Open Science Grid. Diverses universitats han dissenyat, construït i provat components clau per a Advanced-LIGO: la Universitat Nacional d'Austràlia, la Universitat d'Adelaide, la Universitat d'Austràlia Occidental, la Universitat de Florida, la Universitat de Stanford, la Universitat de Colúmbia de Nova York, i la Universitat Estatal de Louisiana. L'equip de GEO inclou científics de l'Institut Max Planck de Física Gravitacional (Albert Einstein Institute, AEI), la Universitat Leibniz de Hannover, al costat dels socis de la Universitat de Glasgow, la Universitat de Cardiff, la Universitat de Birmingham, altres universitats del Regne Unit i Alemanya i la Universitat de les Illes Balears a Espanya.

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 (FPA2013-41042-P), la Conselleria d’Educació, Cultura i Universitats i la  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:

Grup de Relativitat y Gravitació de la UIB

http://grg.uib.es/ligo 

Notícies relacionades

 

Documents relacionats

Data de publicació: 15/06/2016