Hoy (30 de noviembre), los científicos reiniciaron los detectores gemelos de LIGO, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, después de realizar varias mejoras en el sistema. Durante el año pasado, han realizado mejoras en los láseres de LIGO, electrónica, y ópticas que han aumentado la sensibilidad del observatorio entre un 10 y un 25 por ciento. Los detectores los científicos esperan, ahora podrá sintonizar las ondas gravitacionales — y los eventos extremos de los que surgen — que emanan de más lejos en el universo.

El 14 de septiembre 2015, Los detectores de LIGO realizaron la primera detección directa de ondas gravitacionales, solo dos días después de que los científicos reiniciaran el observatorio como Advanced LIGO, una versión mejorada de los dos grandes interferómetros de LIGO, uno ubicado en Hanford, Washington, y los otros 3, 000 kilómetros de distancia en Livingston, Luisiana. Después de analizar la señal, Los científicos determinaron que de hecho se trataba de una onda gravitacional, que surgió de la fusión de dos agujeros negros masivos a 1.300 millones de años luz de distancia.

Tres meses después, el 26 de diciembre 2015, los detectores captaron otra señal, que los científicos decodificaron como una segunda onda gravitacional, surgiendo de otra fusión de agujeros negros, un poco más lejos en el universo, 1.400 millones de años luz de distancia.

Ahora, con las últimas actualizaciones de LIGO, los miembros de la Colaboración Científica LIGO esperan detectar señales más frecuentes de ondas gravitacionales, que surgen de la colisión de agujeros negros y otros fenómenos cósmicos extremos. MIT News habló con Peter Fritschel, el director asociado de LIGO en MIT, y el científico jefe de detectores de LIGO, sobre la nueva visión de LIGO.

P:¿Qué tipo de cambios se han realizado en los detectores desde que se desconectaron?

R:Hubo diferentes tipos de actividades en los dos observatorios. Con el detector en Livingston, Luisiana, hicimos mucho trabajo dentro del sistema de vacío, reemplazar o agregar nuevos componentes. Como ejemplo, cada detector contiene cuatro masas de prueba que responden a una onda gravitacional que pasa. Estas masas de prueba se montan en complejos sistemas de suspensión que las aíslan del entorno local. Pruebas anteriores habían demostrado que dos de los modos vibratorios de estas suspensiones podían oscilar hasta un grado que evitaría que el detector funcionara con su mejor sensibilidad. Entonces, diseñamos e instalamos algunos tuned, amortiguadores pasivos para reducir la amplitud de oscilación de estos modos. Esto ayudará al detector Livingston a operar a su máxima sensibilidad durante una fracción mayor de la duración de la ejecución de datos.

En el Hanford, Washington, detector, la mayor parte del esfuerzo se orientó a aumentar la potencia del láser almacenada en el interferómetro. Durante la primera carrera de observación, teníamos alrededor de 100 kilovatios de potencia láser en cada brazo largo del interferómetro. Desde entonces, trabajamos para aumentar esto en un factor de dos, para alcanzar 200 kilovatios de potencia en cada brazo. Esto puede ser bastante difícil porque hay efectos térmicos e interacciones óptico-mecánicas que ocurren a medida que aumenta la potencia. y algunos de ellos pueden producir inestabilidades que deben ser domesticadas. De hecho, logramos resolver este tipo de problemas y pudimos operar el detector con 200 kilovatios en los brazos. Sin embargo, hubo otros problemas que la sensibilidad a los costos, y no tuvimos tiempo de resolverlos, por lo que ahora estamos operando con una potencia de 20 a 30 por ciento más alta que la que teníamos en la primera ejecución de observación. Este modesto aumento de potencia proporciona un aumento pequeño pero notable en la sensibilidad a frecuencias de ondas gravitacionales superiores a unos 100 hercios.

También recopilamos mucha información importante que se utilizará para planificar el próximo período de puesta en servicio del detector, que comenzará al final de este período de observación de seis meses. Todavía tenemos mucho trabajo desafiante por delante para llegar a nuestra sensibilidad de diseño final.

P:¿Qué tan sensible es LIGO con estas nuevas mejoras?

R:La métrica que usamos con más frecuencia es la sensibilidad a las ondas gravitacionales producidas por la fusión de dos estrellas de neutrones, porque podemos calcular fácilmente lo que deberíamos ver de tal sistema, pero tenga en cuenta que aún no hemos detectado ondas gravitacionales de una fusión de estrella de neutrones y estrella de neutrones. El detector Livingston es ahora lo suficientemente sensible como para detectar una fusión desde tan lejos como 200 millones de parsecs (660 millones de años luz). Esto es aproximadamente un 25 por ciento más lejos de lo que pudo "ver" en la primera carrera de observación. Para el detector Hanford, el rango de sensibilidad correspondiente está prácticamente a la par con el que tenía durante la primera ejecución y es aproximadamente un 15 por ciento más bajo que estas cifras.

Por supuesto, en la primera ejecución de observación detectamos la fusión de dos agujeros negros, no estrellas de neutrones. No obstante, la comparación de sensibilidad para las fusiones de agujeros negros es casi la misma:en comparación con la ejecución de observación del año pasado, el detector Livingston es alrededor de un 25 por ciento más sensible y el detector Hanford es aproximadamente el mismo. Pero incluso pequeñas mejoras en la sensibilidad pueden ayudar, dado que el volumen de espacio que se está probando, y por lo tanto la tasa de detecciones de ondas gravitacionales, crece como el cubo de estas distancias.

P:¿Qué espera "oír" y detectar? ahora que LIGO está de nuevo en línea?

R:Definitivamente esperamos detectar más fusiones de agujeros negros, que sigue siendo una perspectiva muy emocionante. Recuerde que en la primera ejecución detectamos dos de tales fusiones binarias de agujeros negros y vimos pruebas sólidas de una tercera fusión. Con la modesta mejora en la sensibilidad y el plan para recopilar más datos que antes, deberíamos aumentar nuestro conocimiento de la población de agujeros negros en el universo.

También nos encantaría detectar ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones. Sabemos que estos sistemas existen pero no sabemos qué tan prevalentes son, por lo que no podemos estar seguros de la sensibilidad que necesitamos para comenzar a verlos. Las fusiones de estrellas de neutrones binarias son interesantes porque (entre otras cosas) se cree que son los productores y distribuidores de los elementos pesados, como los metales preciosos, que existen en nuestra galaxia.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.