Se han anunciado cuatro nuevas detecciones de ondas gravitacionales en el Taller de Física y Astronomía de Ondas Gravitacionales, en la Universidad de Maryland en los Estados Unidos.

Esto eleva el número total de detecciones a 11, desde el primero en 2015.

Diez son de fusiones binarias de agujeros negros y uno de la fusión de dos estrellas de neutrones, que son los densos restos de explosiones estelares. La fusión de un agujero negro era extraordinariamente distante, y la explosión más poderosa jamás observada en astronomía.

La última noticia llega solo un mes después de que surgieran dudas sobre la detección inicial. A finales de octubre, un artículo en New Scientist, Exclusivo encabezado:Serias dudas sobre el descubrimiento de ondas gravitacionales de LIGO, planteó la idea de que "podría haber sido una ilusión".

Entonces, ¿qué tan seguros estamos de que estamos detectando ondas gravitacionales, y no ver una ilusión?

Abierto al escrutinio

Todos los buenos científicos comprenden que el escrutinio y el escepticismo son el poder de la ciencia. Todas las teorías y todos los conocimientos son provisionales, a medida que la ciencia se acerca lentamente a nuestra mejor comprensión de la verdad. No hay certeza sólo probabilidad y significación estadística.

Hace años que, el equipo que busca ondas gravitacionales con el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO), determinó los niveles de significación estadística necesarios para hacer una afirmación de detección.

Para cada señal, determinamos la tasa de falsas alarmas. Esto le dice cuántos años necesitaría esperar antes de tener la posibilidad de que una señal aleatoria imite su señal real.

La señal más débil detectada hasta ahora tiene una tasa de falsas alarmas de una cada cinco años, así que aún existe la posibilidad de que haya sido accidental.

Otras señales son mucho más fuertes. Para las tres señales más fuertes detectadas hasta ahora, tendría que esperar desde 1, 000 veces a 10 billones de billones de veces la edad del universo para que las señales ocurran por casualidad.

Saber qué escuchar

La detección de ondas gravitacionales es un poco como la ornitología acústica.

Imagina que estudias aves y quieres determinar la población de aves en un bosque. Conoces las llamadas de las distintas especies de aves.

Cuando el canto de un pájaro coincide con tu canto predeterminado, saltas de emoción. Su volumen te dice qué tan lejos está. Si era muy tenue con el ruido de fondo, puede que no esté seguro.

Pero debe considerar las aves liras que imitan a otras especies. ¿Cómo sabes que el sonido de un kookaburra en realidad no lo hace un pájaro lira? Tienes que ser muy riguroso antes de poder afirmar que hay un kookaburra en el bosque. Incluso entonces, solo podrá estar seguro si realiza más detecciones.

En las ondas gravitacionales utilizamos sonidos memorizados llamados plantillas. Hay un sonido único para la fusión de cada combinación posible de masas y espines de agujeros negros. Cada plantilla se elabora utilizando la teoría de Einstein de emisión de ondas gravitacionales.

En la búsqueda de ondas gravitacionales, estamos buscando estos sonidos raros usando dos detectores LIGO en los EE. UU. y un tercer detector, Virgo, en Italia.

Para evitar perder señales o reclamar falsos positivos, se necesita el máximo rigor para analizar los datos. Grandes equipos examinan los datos buscar fallas, criticarse unos a otros, revisar los códigos de computadora y finalmente revisar las publicaciones propuestas para verificar su precisión. Los equipos separados utilizan diferentes métodos de análisis, y finalmente comparar los resultados.

Luego viene la reproducibilidad:el mismo resultado registrado una y otra vez. La reproducibilidad es un componente crítico de la ciencia.

Las señales detectadas

Antes de que LIGO hiciera su primer anuncio público de ondas gravitacionales, se habían detectado dos señales más, cada uno de ellos recogido en dos detectores. Esto aumentó nuestra confianza y nos dijo que hay una población de agujeros negros en colisión por ahí, no solo un evento que podría ser algo espurio.

La primera onda gravitacional detectada fue asombrosamente fuerte y coincidió con una plantilla predeterminada. Fue tan bueno que LIGO pasó muchas semanas tratando de averiguar si era posible que hubiera sido una broma, inyectado deliberadamente por un hacker.

Si bien los científicos de LIGO finalmente se convencieron a sí mismos de que el evento era real, nuevos descubrimientos aumentaron enormemente nuestra confianza. En agosto de 2017, los dos detectores LIGO y el detector Virgo en Italia detectaron una señal.

El 17 de agosto del año pasado una completamente diferente, pero se observó un tipo de señal predicha desde hace mucho tiempo a partir de un par de estrellas de neutrones que se fusionaban, acompañado por el estallido previsto de rayos gamma y luz.

Las fusiones del agujero negro

Ahora la colaboración LIGO-Virgo ha completado el análisis de todos los datos desde septiembre de 2015.

Para cada señal, determinamos la masa de los dos agujeros negros en colisión, la masa del nuevo agujero negro que crean, y bastante toscamente, la distancia y la dirección.

Cada señal se ha visto en dos o tres detectores casi simultáneamente (separados por milisegundos).

Ocho de los 20 agujeros negros iniciales tienen masas entre 30 y 40 soles, seis están en los 20, tres están en la adolescencia y solo dos tienen entre 7 y 8 soles. Solo uno está cerca de los 50, el mayor agujero negro anterior a la colisión jamás visto.

Estos son los números que nos ayudarán a averiguar dónde se hicieron todos estos agujeros negros, cómo fueron hechos, y cuántos hay. Para responder a estas grandes preguntas, necesitamos muchas más señales.

La más débil de las nuevas señales, GW170729, fue detectado el 29 de julio, 2017. Fue la colisión de un agujero negro 50 veces la masa del sol, con otras 34 veces la masa del sol.

Este fue, con mucho, el evento más lejano, habiendo tenido lugar, más probable, Hace 5 mil millones de años, antes del nacimiento de la Tierra y el sistema solar, hace 4,6 mil millones de años. A pesar de la débil señal, fue la explosión gravitacional más poderosa descubierta, hasta aquí.

Pero debido a que la señal era débil, esta es la detección con la tasa de falsas alarmas de una cada cinco años.

LIGO y Virgo están mejorando su sensibilidad año tras año, y encontraremos muchos más eventos.

Con los nuevos detectores planificados, anticipamos una sensibilidad diez veces mayor. Luego, esperamos detectar nuevas señales cada cinco minutos.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.