La concepción de este artista muestra dos agujeros negros fusionados similares a los detectados por LIGO. Los agujeros negros están girando de forma no alineada, lo que significa que tienen diferentes orientaciones en relación con el movimiento orbital general del par. LIGO / Caltech / MIT / Sonoma State (Aurore Simonnet) Por tercera vez, Los científicos han detectado un estruendo del espacio-tiempo causado por una violenta colisión de dos agujeros negros. El Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) hizo la detección, determinando que los dos agujeros negros se fusionaron para crear un gran agujero negro en una galaxia a unos 3 mil millones de años luz de distancia.
"Hemos observado, el 4 de enero, 2017:otra fusión binaria masiva de agujero negro-agujero negro; el en espiral y la fusión de agujeros negros 20 y 30 veces la masa de nuestro sol, "Dave Shoemaker, un científico investigador senior que trabaja en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y el portavoz de la Colaboración Científica LIGO, dijo a los periodistas durante una rueda de prensa especial el miércoles (31 de mayo).
Este gigantesco aplastamiento de un agujero negro creó un agujero negro giratorio aún más masivo, aproximadamente 49 veces la masa de nuestro sol. En un instante, la masa equivalente dos veces la de nuestro sol se convirtió directamente en ondas gravitacionales, produciendo brevemente más energía que toda la energía que irradian como luz todas las galaxias del universo en cualquier momento, Los científicos de LIGO dicen.
Los detalles de la detección se publicaron en la revista Physical Review Letters.
Después de muchos años de planificación, desarrollo y construcción, LIGO tomó sus primeras observaciones en 2002. Sin embargo, no fue hasta el 14 de septiembre 2015, que se realizó la primera detección histórica de ondas gravitacionales, un evento llamado "GW150914". Eso sucedió después de que LIGO se sometiera a actualizaciones (conocidas como Advanced LIGO) para aumentar su sensibilidad. Luego, una segunda detección ("GW151226") siguió unos meses más tarde en diciembre, confirmando que el primer descubrimiento no fue casualidad.
Ahora, La Colaboración Científica LIGO, que consta de más de mil científicos de todo el mundo, ha confirmado la tercera detección de ondas gravitacionales ("GW170104"), lo que significa que estamos en la cúspide de un tipo de astronomía completamente nuevo.
Todas las ondas gravitacionales detectadas hasta ahora han sido creadas por la colisión de agujeros negros de masa estelar de diversos tamaños. Estos son agujeros negros que tienen unas pocas o unas pocas docenas de veces la masa de nuestro sol que probablemente se formaron por la muerte de estrellas muy masivas después de que se quedaron sin combustible y explotaron como supernovas hace miles de millones de años. Advanced LIGO ha llegado a una encrucijada en nuestra búsqueda de ondas gravitacionales, finalmente alcanzando una sensibilidad que puede detectar cuando chocan agujeros negros muy distantes, creando débiles ondas gravitacionales que ahora sabemos que llenan nuestro universo.
Los eventos de 2015 fueron causados por fusiones que crearon agujeros negros a 62 y 21 masas solares en galaxias a 1.3 y 1.4 mil millones de años luz de distancia. respectivamente. (Nota:A medida que las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz, estas fusiones ocurrieron entre 1.300 y 1.400 millones de años. atrás .) Esta última detección se originó a partir de una fusión que creó un agujero negro de 49 masas solares (otro agujero negro "pesado" como el primero), pero la fusión ocurrió dos veces más lejos que los eventos anteriores.
"Lo que esto significa es que ahora tenemos un segundo candidato en la categoría de agujero negro" pesado ", "dice Bangalore Sathyaprakash, de Penn State y Cardiff University y miembro de la Colaboración Científica LIGO.
LIGO ha descubierto una nueva población de agujeros negros con masas que son más grandes que las que se habían visto antes solo con estudios de rayos X (violeta). Las tres detecciones confirmadas por LIGO (GW150914, GW151226, GW170104), y una detección de menor confianza (LVT151012), apuntan a una población de agujeros negros binarios de masa estelar que, una vez fusionado, son más grandes que 20 masas solares, más grandes de lo que se conocía antes. LIGO / Caltech / Sonoma State (Aurore Simonnet) Esto es importante ya que, antes de que LIGO hiciera su primera detección (un agujero negro de 62 masas solares) y la más reciente (un agujero negro de 49 masas solares), No hubo evidencia de observación de que estos grandes agujeros negros existieran. Este es un descubrimiento temprano increíble. Los científicos han revelado un nuevo tipo de gran agujero negro en solo tres detecciones.
Las cosas están a punto de ponerse aún más emocionantes a medida que LIGO se somete a más actualizaciones planificadas y otros observatorios se unen a la búsqueda de ondas gravitacionales.
"Deberíamos esperar ver un evento de fusión binaria por día una vez que se alcance la sensibilidad diseñada por LIGO, "dice Sathyaprakash.
Cuando se detectan ondas gravitacionales, se pueden estudiar las condiciones de los agujeros negros en colisión en el momento de la fusión.
"En nuestro análisis, no podemos medir muy bien los giros de los agujeros negros individuales, pero podemos decir si los agujeros negros generalmente giran en la misma dirección que el movimiento orbital, "dice la astrofísica Laura Cadonati, Portavoz adjunto de LIGO Scientific Collaboration de Georgia Tech.
Pero una idea del giro del agujero negro individual en relación con el otro se puede descifrar estudiando la "huella digital" de la señal de onda gravitacional, dice Cadonati.
Los modelos teóricos de fusión de agujeros negros indican que si los giros de los dos agujeros negros no están alineados, el evento de fusión ocurrirá más rápido que si los giros estuvieran alineados. También, Se predicen oscilaciones adicionales en la señal a medida que dos agujeros negros alineados con espín se acercan y comienzan a fusionarse.
Los agujeros negros alineados con espín eran probablemente estrellas hermanas. Ambos habrían nacido de estrellas masivas que evolucionaron muy próximas en antiguas fábricas de estrellas como un par binario, eventualmente muriendo como supernovas.
Pero en este evento más reciente, la fusión se produjo con relativa rapidez y no se observaron oscilaciones adicionales, lo que significa que los dos agujeros negros probablemente no spin-alineados y probablemente no se formaron juntos. Esto da una pista sobre su origen:en lugar de estar formado a partir de estrellas binarias hermanas, eran extraños y evolucionaron de forma independiente, a la deriva el uno hacia el otro en el centro de un denso cúmulo estelar donde finalmente se fusionaron.
"Esto tiene implicaciones para la astrofísica ... aunque no podemos decir con certeza, este hallazgo probablemente favorece la teoría de que estos dos agujeros negros se formaron por separado en un denso cúmulo estelar, se hundió hasta el núcleo del clúster y luego se emparejó, en lugar de formarse juntos a partir del colapso de dos estrellas ya emparejadas, "agrega Cadonati.
Como los agujeros negros son monstruos gravitacionales, se rigen por la relatividad general de Einstein, así que al estudiar las ondas gravitacionales que producen cuando chocan, los científicos también pueden estudiar las ondas en busca de un efecto conocido como "dispersión". Por ejemplo, cuando la luz viaja a través de un prisma, las diferentes longitudes de onda viajarán a diferentes velocidades a través del vidrio. Esto provoca la dispersión en el haz de luz:este es el mecanismo que crea un arco iris.
La relatividad general prohíbe que la dispersión ocurra en ondas gravitacionales, sin embargo. Esta última señal viajó a través de un récord de 3 mil millones de años luz de espacio-tiempo para llegar a la Tierra, y LIGO no detectó ningún efecto de dispersión.
"Parece que Einstein tenía razón, incluso para este nuevo evento, que está aproximadamente dos veces más lejos que nuestra primera detección, ", dice Cadonati en un comunicado." No podemos ver ninguna desviación de las predicciones de la relatividad general, y esta mayor distancia nos ayuda a hacer esa declaración con más confianza ".
La famosa teoría de la relatividad general de Einstein predice la existencia de ondas gravitacionales, pero la humanidad ha tardado más de un siglo en desarrollar el conocimiento tecnológico para construir un detector lo suficientemente sensible para percibirlos. Cuando ocurre un evento energético (como una fusión de un agujero negro o una colisión de estrellas de neutrones), el espacio-tiempo se ve perturbado violentamente y la energía se aleja del evento en forma de ondas gravitacionales, como ondas que viajan a través de la superficie del agua después de dejar caer una piedra en un estanque.
Una simulación matemática del espacio-tiempo deformado cerca de dos agujeros negros fusionados, consistente con la observación de LIGO del evento denominado GW170104. Las bandas de colores son picos y valles de ondas gravitacionales, y los colores se vuelven más brillantes a medida que aumenta la amplitud de la onda. Colaboración LIGO / Caltech / MIT / SXS Pero para detectar estas ondas, Los astrónomos necesitan construir un observatorio que pueda detectar oscilaciones increíblemente minúsculas en el tejido del espacio-tiempo a medida que estas ondas viajan a través de nuestro planeta. Las ondas gravitacionales no forman parte del espectro electromagnético; no pueden ser detectados por telescopios ordinarios que solo son sensibles a la luz.
Para abrir la ventana a este "universo oscuro, "Los físicos construyen detectores de ondas gravitacionales como LIGO que reflejan láseres increíblemente precisos a lo largo de túneles en forma de" L "de 4 kilómetros de largo. Estos túneles están protegidos de las vibraciones externas causadas por el viento, tráfico, actividad tectónica y otras interferencias terrestres. Mediante un método conocido como interferometría láser, la distancia entre los espejos reflectantes dentro del túnel se puede medir con una precisión muy alta. Si una onda gravitacional viaja a través de nuestro planeta, El interferómetro puede registrar un pequeño cambio en la distancia; esto representa la diminuta compresión y estiramiento del espacio-tiempo que se produce a medida que se propagan las ondas gravitacionales.
Es como si los físicos hubieran creado un cable trampa virtual que nos notifica cuando un intruso de onda gravitacional invisible retumba el espacio-tiempo local.
Un detector no es suficiente para confirmar un evento de ondas gravitacionales, sin embargo. En el caso de LIGO, un detector se encuentra en Hanford, Washington, y otro se encuentra en Livingston, Luisiana - separados por 1, 865 millas (3, 002 kilómetros). Solo cuando ambos lugares detectan el mismo evento, los científicos pueden confirmar una señal de onda gravitacional. Dos detectores pueden incluso determinar una dirección aproximada desde donde viajaba la onda, pero si se agregan más detectores a la red, los astrónomos esperan eventualmente identificar, cada vez con mayor precisión, donde se originan.
Se planean más observatorios de ondas gravitacionales, y el detector Virgo europeo, ubicado cerca de Pisa, Italia, actualmente se encuentra en fase de puesta en servicio. Una vez en línea, Virgo se utilizará junto con LIGO para aumentar el poder de observación de las ondas gravitacionales y permitir una mejor localización de los eventos cósmicos que causan las señales.
Ahora que se ha confirmado la existencia de ondas gravitacionales, y los astrónomos están detectando más fusiones de agujeros negros, estamos entrando en una nueva era para la astronomía. Esta es la astronomía de ondas gravitacionales, donde finalmente se revelará el universo oscuro.
Eso es interesanteAntes de que llegara LIGO, Los observatorios de rayos X habían discernido algunos agujeros negros de masa estelar más pequeños al estudiar la radiación producida por los gases de disco de acreción sobrecalentados que los rodeaban.
