Escoltar

La UIB participa en el descobriment de la fusió d'un forat negre i un objecte misteriós

El grup de recerca GRAVITY ha elaborat els models utilitzats per les col·laboracions LIGO i Virgo per caracteritzar el senyal d’una nova ona gravitacional que posa llum sobre una de les incògnites de l’astrofísica: la línia divisòria entre els estels de neutrons i els forats negres

Les col·laboracions científiques internacionals Virgo i LIGO han anunciat el descobriment d’un objecte compacte d’aproximadament 2,6 masses solars, que se situa en un interval entre l’estel de neutrons més massiu i el forat negre més lleuger mai vists.

Fa uns 800 milions d’anys, aquest objecte es va fusionar amb un forat negre de 23 masses solars i, en fer-ho, va emetre una intensa ona gravitacional: GW190814, que va ser detectada a la Terra l’agost de 2019 pel detector Advanced Virgo (Pisa, Itàlia) i els dos detectors Advanced LIGO (Livingston i Hanford, Estats Units). Atès que l’observació aïllada d’aquesta ona no permet distingir si l’objecte compacte és un forat negre o un estel de neutrons, la seva naturalesa exacta encara és un misteri.

El descobriment de l’ona GW190814 és molt important per a la comunitat científica internacional, perquè qüestiona l’existència del que s’anomena forat en la distribució de masses o mass gap. Aquest concepte es refereix a la manca d’observacions d’objectes compactes amb masses en l’interval entre les 2,5 i les 5 masses solars, la qual cosa ha desconcertat durant anys els astrònoms.

Aquesta misteriosa zona grisa és el forat en la distribució de masses: un interval de masses aparentment massa petites per ser un forat negre i massa grosses per ser un estel de neutrons. Tant els uns com els altres es formen quan estels molt massius esgoten el seu combustible nuclear i exploten com a supernoves. El que en queda depèn de la quantitat que roman del nucli de l’estel. Els nuclis menys massius tendeixen a formar estels de neutrons, mentre que els més massius col·lapsen en forats negres. Ara bé, la línia que els separa no és clara i suposa un repte per a la comunitat científica.

Una descoberta basada en els models de formes d’ona elaborats a la UIB

A l’hora de caracteritzar el senyal de l’ona gravitacional GW190814, les col·laboracions Virgo i LIGO s’han servit dels models teòrics de formes d’ona elaborats pels investigadors del grup de recerca en Física Gravitacional: Teoria i Observació (GRAVITY) de la Universitat de les Illes Balears. Per desenvolupar aquests models ha estat essencial l’ús del superordinador més potent de l’Estat espanyol, el Mare Nostrum. En l’elaboració d’aquests models hi han participat directament el doctor Sascha Husa, professor contractat doctor del Departament de Física de la UIB, i els investigadors Juan Calderón i Francesc Jiménez, doctorats de la UIB, i Cecilio García, que defensarà la tesi doctoral a la UIB el mes de juliol que ve.

L’equip de la UIB, que lidera la doctora Alícia Sintes, ha participat en la col·laboració científica LIGO des del començament. En el marc de LIGO, els investigadors de la UIB participaren en una fita històrica per a la ciència: la primera detecció d’ones gravitacionals, ondulacions de l’espaitemps que arriben a la Terra a la velocitat de la llum procedents d’un esdeveniment catastròfic a l’univers. Aquest descobriment va ser mereixedor del premi Nobel de Física l’any 2017.

L’equip de la UIB

A l’actualitat, 15 persones de la UIB formen part de la col·laboració científica LIGO. Recentment, el grup GRAVITY ha reforçat aquesta línia de recerca amb la incorporació del doctor David Keitel, investigador distingit i membre del consell de LIGO, gràcies al programa Beatriz Galindo, del Ministeri de Ciència i Innovació.

El grup GRAVITY ha participat activament en el darrer període de funcionament d’Advanced LIGO (O3), que començà l’1 d’abril de 2019 i acabà sobtadament el 27 de març de 2020 a causa de la pandèmia mundial de la COVID-19, just mentre el doctorand Rodrigo Tenorio feia una estada de tres mesos a l’observatori de LIGO a Hanford (Estats Units). El doctorand Josep Covas també feu una estada al mateix observatori entre març i juny de 2019, al començament d’O3, i participà directament en diverses deteccions.

La doctora Alícia Sintes, investigadora principal del grup GRAVITY i membre del consell de LIGO, fou una de les pioneres, fa més de vint anys, a estudiar l’impacte de la inclusió d’harmònics subdominants dels senyals gravitacionals per als detectors LIGO i la futura missió espacial LISA. GW190814 és la segona detecció en què s’han pogut mesurar aquests harmònics. Això ha permès fer més proves de la teoria de la relativitat general. Aquest modes subdominants han estat objecte d’estudi d’almenys quatre tesis doctorals realitzades a la UIB, que han estat dirigides pels doctors Sascha Husa i Alícia Sintes.

La doctora Sintes està molt orgullosa del seu grup, atès que, fins i tot en aquest període de confinament, ha treballat molt intensament. Aquesta mateixa setmana s’han dipositat les tesis doctorals de tres doctorands del grup: Josep Covas, Antoni Ramos i Cecilio García, que les defensaran pròximament.

El grup GRAVITY de la UIB 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 de: el Ministeri d'Economia i Competitivitat (FPA2016-76821-P), la Conselleria d’Educació, Cultura i Universitats del Govern de les Illes Balears, el Fons Social Europeu, del Fons Europeu de Desenvolupament Regional, la Xarxa Espanyola de Supercomputació i PRACE. A més, participa en les xarxes Consolider Multidark (FPA2017-90566-REDC) i Centre Nacional de Física de Partícules, Astropartícules i Nuclear (CPAN-FPA2017-90687-REDC), la xarxa estratègica RED2018-102573-E, la xarxa d'excel·lència Xarxa Nacional d’Astropartícules (RENATA-RED2018-102661-T) i en diverses COST Actions de la Unió Europea (CA18108, CA17137, CA16214 i CA16104).

Referència bibliogràfica

«GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object». The Astrophysical Journal Letters, 896:L44 (20 pp) 2020. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab960f

Vídeo

Documents relacionats

Data de publicació: 23/06/2020