Las expectativas de la comunidad de investigación de ondas gravitacionales se han cumplido:los descubrimientos de ondas gravitacionales ahora son parte de su trabajo diario, como lo identificaron en la pasada carrera de observación. O3, nuevos candidatos a ondas gravitacionales aproximadamente una vez a la semana. Pero ahora, los investigadores han publicado una señal notable diferente a cualquiera de las vistas antes:GW190412 es la primera observación de una fusión de agujeros negros binarios donde los dos agujeros negros tienen masas claramente diferentes de aproximadamente 8 y 30 veces la de nuestro Sol. Esto no solo ha permitido mediciones más precisas de las propiedades astrofísicas del sistema, pero también ha permitido a los científicos de LIGO / Virgo verificar una predicción no probada hasta ahora de la teoría de la relatividad general de Einstein.

"Por primera vez hemos 'escuchado' en GW190412 el inconfundible zumbido de ondas gravitacionales de un armónico superior, similar a los matices de los instrumentos musicales, "explica Frank Ohme, líder del Grupo de Investigación Independiente Max Planck "Observaciones de fusión binaria y relatividad numérica" ​​en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) en Hannover. "En sistemas con masas desiguales como GW190412, nuestra primera observación de este tipo, estos matices en la señal de la onda gravitacional son mucho más fuertes que en nuestras observaciones habituales. Por eso no podíamos oírlos antes, pero en GW190412, finalmente podemos ". Esta observación confirma una vez más la teoría de la relatividad general de Einstein, que predice la existencia de estos armónicos superiores, es decir, ondas gravitacionales a dos o tres veces la frecuencia fundamental observada hasta ahora.

"Los agujeros negros en el corazón de GW190412 tienen entre 8 y 30 veces la masa de nuestro Sol, respectivamente. ¡Este es el primer sistema binario de agujeros negros que hemos observado en el que la diferencia entre las masas de los dos agujeros negros es tan grande! ", Dice Roberto Cotesta, un doctorado estudiante de la división de "Relatividad Astrofísica y Cosmológica" en el AEI de Potsdam. "Esta gran diferencia de masa significa que podemos medir con mayor precisión varias propiedades del sistema:su distancia a nosotros, el ángulo en el que lo miramos, y qué tan rápido gira el pesado agujero negro alrededor de su eje ".

Una señal como ninguna antes

Tanto los detectores LIGO como el detector Virgo observaron GW190412 el 12 de abril de 2019, temprano durante la tercera serie de observación de los detectores O3. Los análisis revelan que la fusión ocurrió a una distancia de 1.900 a 2.900 millones de años luz de la Tierra. El nuevo sistema de masa desigual es un descubrimiento único, ya que todos los binarios observados previamente por los detectores LIGO y Virgo consistían en dos masas aproximadamente similares.

Masas desiguales se imprimen en la señal de onda gravitacional observada, lo que a su vez permite a los científicos medir con mayor precisión ciertas propiedades astrofísicas del sistema. La presencia de armónicos superiores permite romper una ambigüedad entre la distancia al sistema y el ángulo que miramos en su plano orbital; por lo tanto, estas propiedades se pueden medir con mayor precisión que en sistemas de igual masa sin armónicos más altos.

"Durante O1 y O2, hemos observado la punta del iceberg de la población binaria compuesta por agujeros negros de masa estelar, "dice Alessandra Buonanno, director de la división "Relatividad Astrofísica y Cosmológica" del AEI en Potsdam y profesor de College Park en la Universidad de Maryland. "Gracias a la sensibilidad mejorada, GW190412 ha comenzado a revelarnos una más diversa, población sumergida, caracterizado por una asimetría de masas tan grande como 4 y agujeros negros girando a aproximadamente el 40% del valor máximo posible permitido por la relatividad general, " ella agrega.

Los investigadores de AEI contribuyeron a detectar y analizar GW190412. Han proporcionado modelos precisos de las ondas gravitacionales de los agujeros negros en fusión que incluían, por primera vez, tanto la precesión de los giros de los agujeros negros como los momentos multipolares más allá del cuadrupolo dominante. Esas características impresas en la forma de onda fueron cruciales para extraer información única sobre las propiedades de la fuente y realizar pruebas de relatividad general. Los grupos de computadoras de alto rendimiento "Minerva" e "Hypatia" en AEI Potsdam y "Holodeck" en AEI Hannover contribuyeron significativamente al análisis de la señal.

Probando la teoría de Einstein

Los científicos de LIGO / Virgo también utilizaron GW190412 para buscar desviaciones de las señales de lo que predice la teoría general de la relatividad de Einstein. Aunque la señal tiene propiedades diferentes a todas las demás encontradas hasta ahora, los investigadores no pudieron encontrar ninguna desviación significativa de las predicciones relativistas generales.

Una red internacional mejorada de detectores que utilizan luz comprimida

Este descubrimiento es el segundo informado de la tercera serie de observación (O3) de la red internacional de detectores de ondas gravitacionales. Los científicos de los tres grandes detectores han realizado varias actualizaciones tecnológicas en los instrumentos.

"Durante O3, Se utilizó luz exprimida para mejorar la sensibilidad de LIGO y Virgo. Esta técnica de ajustar cuidadosamente las propiedades mecánicas cuánticas de la luz láser fue pionera en el detector germano-británico GEO600. "explica Karsten Danzmann, director del AEI Hannover y director del Instituto de Física Gravitacional de la Universidad Leibniz de Hannover. "La AEI está liderando los esfuerzos mundiales para maximizar el grado de compresión, que ya ha mejorado la sensibilidad del detector GEO600 en un factor de dos. Nuestros avances en esta tecnología beneficiarán a todos los futuros detectores de ondas gravitacionales ".

Dos hecho, 54 en la lista de tareas pendientes

La red de detectores ha emitido alertas para 56 posibles eventos de ondas gravitacionales (candidatos) en O3 (1 de abril de 2019 al 27 de marzo de 2020 con una interrupción por actualizaciones y puesta en servicio en octubre de 2019). De estos 56, otra señal confirmada, GW190425, ya ha sido publicado. Los científicos de LIGO y Virgo están examinando los 54 candidatos restantes y publicarán todos aquellos cuyos análisis de seguimiento detallados confirmen su origen astrofísico.

La observación de GW190412 significa que los sistemas similares probablemente no sean tan raros como predijeron algunos modelos. Por lo tanto, con observaciones adicionales de ondas gravitacionales y catálogos de eventos crecientes en el futuro, se esperan más señales de este tipo. Cada uno de ellos podría ayudar a los astrónomos a comprender mejor cómo se forman los agujeros negros y sus sistemas binarios. y arrojar nueva luz sobre la física fundamental del espacio-tiempo.