Escoltar

La UIB participa en una nova detecció d'ones gravitacionals

GW190425: la fusió d'un sistema binari d'objectes compactes que tenen una massa total de prop de 3,4 masses solars 

La Col·laboració Científica LIGO, de la qual és membre la Universitat de les Illes Balears, i la Col·laboració Virgo han anunciat l'esdeveniment GW190425, la primera detecció d'ones gravitacionals del tercer període d'observació, l’O3.

El 25 d'abril de 2019 la xarxa de detectors d'ones gravitacionals (GW, per les seves sigles en anglès), formada pels dos detectors Advanced LIGO, als EUA, i el detector europeu Advanced Virgo, a Itàlia, varen detectar un senyal, etiquetat com GW190425. Aquesta és la segona observació d'una ona gravitacional consistent en la fusió d'un sistema binari d'estrelles de neutrons (BNS, per les seves sigles en anglès) després del senyal GW170817. GW190425 va ser detectada a les 08.18:05 UTC (temps coordinat universal). Aproximadament 40 minuts després, la Col·laboració Científica LIGO i la Col·laboració Virgo varen enviar una alerta per posar en marxa les observacions de seguiment per part d'altres telescopis.

«Hem detectat un segon esdeveniment que consisteix en un BNS, la qual cosa és una confirmació important per GW170817, l'esdeveniment que va iniciar l'astronomia de multimissatgers fa dos anys. La massa total és més gran que la de qualsevol BNS conegut, i això té implicacions astrofísiques interessants sobre la formació d'aquest sistema», comenta Jo van den Brand, portaveu de la Col·laboració Virgo i professor en la Universitat de Maastricht, Nikhef, i de la VU University Amsterdam, als Països Baixos. «El que és sorprenent és que la massa combinada d'aquest sistema binari és molt superior del que esperàvem», afegeix Ben Farr, un membre de l'equip de LIGO de la Universitat d'Oregon, als EUA. Els resultats han estat presentats en el congrés de la Societat Astronòmica Americana (AAS, de les seves sigles en anglès) a Honolulu, Hawaii.

S'estima que la font de GW190425 està a una distància de 500 milions d'anys llum de la Terra. Està localitzada en el cel en una àrea devers 300 vegades més gran que la proporcionada per al BNS observat per LIGO i Virgo el 2017, la famosa GW170817. Això es deu al fet que el senyal GW190425 va ser detectat únicament amb una relació senyal-soroll elevada per LIGO-Livingston. En aquest instant, el detector LIGO-Hanford estava temporalment no operatiu, mentre que el senyal reconstruït en Virgo era feble, a causa de la diferència en sensibilitat respecte de LIGO-Livingston i també per la probable direcció d'origen del senyal, una regió del cel en la qual Virgo té menys sensibilitat en el moment de recepció del senyal. Aquesta precisió més feble en la localització en el cel complica molt la recerca de contrapartides (senyals electromagnètics, neutrins o partícules carregades). De fet, a diferència de GW170817, no s'ha trobat cap contrapartida fins avui. No obstant això, les dades de Virgo han estat usades posteriorment per millorar la caracterització del sistema astrofísic.

«Aquest és el nostre primer esdeveniment publicat amb una detecció per un únic observatori», assenyala Anamaria Effler, de Caltech, una científica que treballa a l'observatori LIGO-Livingston, «encara que Virgo va fer una contribució molt valuosa, ja que hem usat les seves dades per determinar millor la direcció de procedència del senyal». «Malgrat les diferències en la relació senyal-soroll dels diferents interferòmetres, causades per les diferències conegudes de sensibilitat en distància i en les diferents direccions, la detecció conjunta posa de manifest una vegada més la importància de la xarxa internacional», comenta Stavros Katsanevas, director de l'Observatori Europeu Gravitatori (EGO, de les seves sigles en anglès), que alberga el detector Advanced Virgo a Itàlia, prop de Pisa.

Hi ha diverses possibles explicacions sobre l'origen de GW190425. La més probable és la fusió d'un sistema BNS. De manera alternativa, també podria haver-se produït per la fusió d'un sistema binari en el qual s’uneixin tots dos components fos un forat negre (BH, per les seves sigles en anglès), fins i tot encara que no s'hagin observat encara forats negres lleugers en el rang de masses consistent en GW190425. Fins al moment, únicament basant-se en les dades d'ones gravitacionals, aquests escenaris no poden descartar-se. La massa total estimada del sistema binari és 3,4 vegades la massa del Sol. Sota la hipòtesi que GW190425 s'hagi originat de la fusió d'un sistema BNS, aquest hauria estat considerablement diferent a tots els sistemes BNS coneguts en la nostra galàxia, el rang de massa de la qual total se situa entre 2,5 i 2,9 vegades la massa del Sol. Això indica que el sistema d'estrelles de neutrons que va originar GW190425 ha pogut formar-se de manera diferent als sistemes BNS galàctics coneguts.

GW190425 va ser reconegut com un esdeveniment candidat interessant poc després que fos detectat. Va ser publicat com una alerta pública per LIGO-Virgo, de la mateixa manera que es fa amb tots els esdeveniments candidats d'ones gravitacionals durant el tercer període d'observació, O3, actualment en marxa. Les alertes públiques són d'accés lliure a la Base de Dades d'Esdeveniments Candidats d'Ones Gravitacionals.

«Els instituts ICCUB i IFAE a Barcelona i la Universitat de València són membres de la Col·laboració Virgo, i han contribuït activament a la posada a punt de l'interferòmetre durant O3. Així mateix, tant ICCUB com IFAE participen en la construcció de millores per a Virgo amb la finalitat de millorar la sensibilitat de l'interferòmetre, la qual cosa es traduirà en un increment de successos com el que s'ha anunciat», comenta Mario Martínez, coordinador del grup de Virgo en el IFAE. «Aquest fet i els que es descobriran en un futur pròxim obren una nova finestra per a l'astronomia amb ones gravitacionals i a un possible enteniment d'aspectes bàsics en física fonamental i cosmologia».

«El senyal GW190425 és francament interessant, perquè desentranyar el seu origen suposa un desafiament teòric. És molt probable que sigui deguda a la fusió de dues estrelles de neutrons, la qual cosa fa que el seu progenitor sigui especial pel fet que tindria una massa total significativament superior a la de tots els sistemes d'aquest tipus observats en la nostra galàxia», assenyala José Antonio Font, coordinador del grup de Virgo a la Universitat de València. «No obstant això, com que no es pot descartar que el senyal provingui d'una fusió de forats negres poc massius, la seva formació podria donar suport a l'existència de forats negres en l'aparent gap de masses entre les estrelles de neutrons i els forats negres, o fins i tot altres alternatives més exòtiques, com procedir d'una fusió de forats negres primordials. Sens dubte, aquest és el tipus d'esdeveniments que fa de l'astronomia d'ones gravitatòries un camp de recerca tan excitant».

Alicia Sintes, coordinadora del grup LIGO de la Universitat de les Illes Balears, destaca que «la naturalesa no deixa de sorprendre'ns i els observatoris LIGO-Virgo treballen conjuntament per revelar-nos els misteris de l'Univers. En aquest dia tan assenyalat, com és el dia dels Reis, tenim la grata nova d'anunciar una nova detecció i marcam, així, el principi d'un nou any molt especial per a nosaltres. El mesurament dels paràmetres de la font i, en particular, la notable massa total del sistema es basen en models matemàtics del senyal d'ona gravitacional que s'han construït amb la participació del grup de la UIB, que també va tenir un estudiant de doctorat, Josep Covas Vidal, present en l'Observatori LIGO-Hanford durant l'observació d'aquest esdeveniment».

«Encara que la primera fusió d'estrelles de neutrons detectada per LIGO-Virgo (GW170817) va ser una sorpresa a causa de la seva proximitat respecte del Sistema Solar i a la seva emissió brillant en llum visible, la segona detecció, GW190425, és més misteriosa per la seva elevada massa total, que no concorda amb els sistemes binaris d'estrelles de neutrons detectats per radiotelescopis en la nostra galàxia», puntualitza Thomas Dent, coordinador del grup LIGO IGFAE-GW a Santiago de Compostel·la. «El nostre equip té actualment un paper destacat en la coordinació de l'anàlisi de poblacions de fusions de sistemes binaris, amb l'objectiu d'entendre millor l'origen d'aquesta mena d'esdeveniments, així com contribuir a millorar la sensibilitat dels algorismes de recerca a fi d'augmentar la probabilitat de detectar més fusions d'estrelles de neutrons».

La Col·laboració Virgo està formada actualment per uns 520 científics, enginyers, i tècnics, procedents de 100 institucions i 11 països, entre les quals hi ha Bèlgica, França, Alemanya, Hongria, Itàlia, els Països Baixos, Polònia i Espanya. L'Observatori Europeu Gravitacional (EGO) alberga el detector Virgo prop de Pisa, a Itàlia, i ha estat finançat pel Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) de França, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) d'Itàlia, i Nikhef, als Països Baixos. Podem trobar una llista dels grups de la Col·laboració Virgo a: http://public.virgo-gw.eu/the-virgo-collaboration/. I més informació, a la pàgina web de Virgo: http://www.virgo-gw.eu.

LIGO ha estat finançat per la National Science Foundation (NSF) i operat per Caltech i MIT, que varen concebre LIGO i varen liderar el projecte. L'NSF, juntament amb Alemanya (Societat Max-Planck), el Regne Unit (Science and Technology Facilities Council) i Austràlia (Australian Research Council-OzGrav), varen liderar el suport econòmic per al projecte Advanced LIGO i aportaren compromisos i contribucions significatives al projecte. Aproximadament 1.300 científics d’arreu del món participen en les tasques de la Col·laboració Científica LIGO, que inclou la Col·laboració GEO. Una llista dels col·laboradors addicionals es pot consultar a: https://my.ligo.org/census.php.

Actualment, cinc institucions de recerca espanyoles participen en la xarxa LIGO-Virgo per observar ones gravitacionals. L’Institut Galego de Física d'Altes Energies (IGFAE,) de la Universitat de Santiago de Compostel·la, i la Universitat de les Illes Balears (UIB) són membres de la Col·laboració Científica LIGO; i els instituts ICCUB i IFAE, a Barcelona, i la Universitat de València (UV) són membres de la Col·laboració Virgo.

La contribució espanyola està finançada per l'Agència Estatal de Recerca, el Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats, a través dels programes AYA i PFA, programes d'Excel·lència Sever Ochoa i María de Maeztu, programes de finançament de la Unió Europea, Fons FEDER, Fons Social Europeu, Vicepresidència i Conselleria d'Innovació, Recerca i Turisme, Conselleria d'Educació, i Universitats del Govern de les Illes Balears, Conselleria d'Educació, Investigació, Cultura i Esport de la Generalitat Valenciana, programa CERCA de la Generalitat de Catalunya, Consellería de Educación, Universidade e Formación Profesional de la Xunta de Galicia, i tenen el suport de la Xarxa Espanyola de Supercomputació (RES). 

Data de publicació: 07/01/2020