El Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) ha realizado una tercera detección de ondas gravitacionales, ondas en el espacio y el tiempo, demostrando que se ha abierto firmemente una nueva ventana en astronomía. Como fue el caso con las dos primeras detecciones, las ondas se generaron cuando dos agujeros negros chocaron para formar un agujero negro más grande.

El agujero negro recién descubierto formado por la fusión, tiene una masa aproximadamente 49 veces mayor que la de nuestro sol. Esto llena un espacio entre las masas de los dos agujeros negros fusionados detectados previamente por LIGO, con masas solares de 62 (primera detección) y 21 (segunda detección).

"Tenemos más confirmación de la existencia de agujeros negros de masa estelar de más de 20 masas solares; estos son objetos que no sabíamos que existían antes de que LIGO los detectara". "dice David Shoemaker del MIT, el portavoz recién elegido de la Colaboración Científica LIGO (LSC), un cuerpo de más de 1, 000 científicos internacionales que realizan investigaciones LIGO junto con Virgo Collaboration, con sede en Europa. "Es notable que los humanos puedan armar una historia, y pruébalo, por eventos tan extraños y extremos que tuvieron lugar hace miles de millones de años y miles de millones de años luz de distancia de nosotros. Todas las colaboraciones científicas de LIGO y Virgo trabajaron para unir todas estas piezas ".

La nueva detección ocurrió durante la ejecución de observación actual de LIGO, que comenzó el 30 de noviembre, 2016, y continuará durante el verano. LIGO es una colaboración internacional con miembros de todo el mundo. Sus observaciones se llevan a cabo mediante detectores gemelos:uno en Hanford, Washington, y el otro en Livingston, Louisiana — operada por Caltech y MIT con fondos de la National Science Foundation (NSF).

LIGO realizó la primera observación directa de ondas gravitacionales en septiembre de 2015 durante su primera ejecución de observación desde que se sometió a importantes actualizaciones en un programa llamado Advanced LIGO. La segunda detección se realizó en diciembre de 2015. La tercera detección, llamado GW170104 y realizado el 4 de enero, 2017, se describe en un nuevo artículo aceptado para su publicación en la revista Cartas de revisión física .

En los tres casos, cada uno de los detectores gemelos de LIGO detectó ondas gravitacionales de las fusiones tremendamente enérgicas de pares de agujeros negros. Se trata de colisiones que producen más energía de la que irradian en forma de luz todas las estrellas y galaxias del universo en un momento dado. La detección reciente parece ser la más lejana hasta ahora, con los agujeros negros ubicados a unos 3 mil millones de años luz de distancia. (Los agujeros negros en la primera y segunda detecciones se encuentran a 1.3 y 1.4 mil millones de años luz de distancia, respectivamente.)

La observación más reciente también proporciona pistas sobre las direcciones en las que giran los agujeros negros. Como pares de agujeros negros en espiral uno alrededor del otro, también giran sobre sus propios ejes, como un par de patinadores sobre hielo que giran individualmente mientras también giran en círculos entre sí. A veces, los agujeros negros giran en la misma dirección orbital general en la que se mueve el par (lo que los astrónomos denominan giros alineados) y, a veces, giran en la dirección opuesta al movimiento orbital. Y lo que es más, los agujeros negros también pueden inclinarse lejos del plano orbital. Esencialmente, los agujeros negros pueden girar en cualquier dirección.

Los nuevos datos de LIGO no pueden determinar si los agujeros negros observados recientemente estaban inclinados, pero implican que al menos uno de los agujeros negros puede no estar alineado en comparación con el movimiento orbital general. Se necesitan más observaciones con LIGO para decir algo definitivo sobre los giros de los agujeros negros binarios, pero estos primeros datos ofrecen pistas sobre cómo se pueden formar estos pares.

"Esta es la primera vez que tenemos evidencia de que los agujeros negros pueden no estar alineados, dándonos solo una pequeña pista de que los agujeros negros binarios pueden formarse en densos cúmulos estelares, "dice Bangalore Sathyaprakash de Penn State y la Universidad de Cardiff, uno de los editores del nuevo artículo, que es de la autoría de todas las colaboraciones de LSC y Virgo.

Hay dos modelos principales para explicar cómo se pueden formar pares binarios de agujeros negros. El primer modelo propone que los agujeros negros nacen juntos:se forman cuando cada estrella de un par de estrellas explota, y luego, porque las estrellas originales giraban alineadas, los agujeros negros probablemente permanezcan alineados.

En el otro modelo, los agujeros negros se unen más tarde en la vida dentro de cúmulos estelares abarrotados. Los agujeros negros se emparejan después de hundirse en el centro de un cúmulo de estrellas. En este escenario, los agujeros negros pueden girar en cualquier dirección relativa a su movimiento orbital. Debido a que LIGO ve alguna evidencia de que los agujeros negros GW170104 no están alineados, los datos favorecen ligeramente esta teoría densa de cúmulos estelares.

"Estamos empezando a recopilar estadísticas reales sobre sistemas binarios de agujeros negros, "dice Keita Kawabe de Caltech, también editor del periódico, que tiene su base en el Observatorio LIGO Hanford. "Eso es interesante porque algunos modelos de formación binaria de agujeros negros son algo favorecidos sobre otros incluso ahora y, en el futuro, podemos reducir aún más esto ".

El estudio también pone una vez más a prueba las teorías de Albert Einstein. Por ejemplo, los investigadores buscaron un efecto llamado dispersión, que ocurre cuando las ondas de luz en un medio físico como el vidrio viajan a diferentes velocidades dependiendo de su longitud de onda; así es como un prisma crea un arco iris. La teoría general de la relatividad de Einstein prohíbe que la dispersión ocurra en ondas gravitacionales a medida que se propagan desde su fuente a la Tierra. LIGO no encontró evidencia de este efecto.

"Parece que Einstein tenía razón, incluso para este nuevo evento, que está aproximadamente dos veces más lejos que nuestra primera detección, "dice Laura Cadonati de Georgia Tech y portavoz adjunta del LSC." 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 ".

"Los instrumentos LIGO han alcanzado una sensibilidad impresionante, "señala Jo van den Brand, el portavoz de Virgo Collaboration, físico del Instituto Nacional Holandés de Física Subatómica (Nikhef) y profesor de la Universidad VU de Ámsterdam. "Esperamos que para este verano Virgo, el interferómetro europeo, ampliará la red de detectores, ayudándonos a localizar mejor las señales ".

El equipo de LIGO-Virgo continúa buscando los últimos datos de LIGO en busca de señales de ondas espacio-temporales de los confines del cosmos. También están trabajando en actualizaciones técnicas para la próxima ejecución de LIGO, programado para comenzar a fines de 2018, durante el cual se mejorará la sensibilidad de los detectores.

"Con la tercera detección confirmada de ondas gravitacionales de la colisión de dos agujeros negros, LIGO se está estableciendo como un poderoso observatorio para revelar el lado oscuro del universo, "dice David Reitze de Caltech, director ejecutivo del Laboratorio LIGO. "Si bien LIGO es especialmente adecuado para observar este tipo de eventos, esperamos ver pronto otro tipo de eventos astrofísicos, como la violenta colisión de dos estrellas de neutrones ".