sábado, 1 de julio de 2017

Tercer evento detectado por LIGO

El tercer evento de colisión de agujeros negros detectado por LIGO arroja interés sobre el tema.

Foto
El observatorio LIGO de ondas gravitacionales anunció ayer el tercer evento de colisión de agujeros negros en ser detectado mediante esta nueva ventana observacional.
Recordemos que las ondas gravitacionales (OG) se desprenden de manera natural de la Relatividad General (RG). De la misma manera que una carga eléctrica acelerada emite ondas electromagnéticas, una masa acelerada produce ondas gravitacionales. Pero las ondas gravitacionales no son ondas que se transmitan dentro del espacio, como les pasa a las electromagnéticas, sino que son distorsiones del propio espacio en propagación.
Las ondas gravitacionales son muy débiles. Tan débiles que se necesitan fenómenos cataclísmicos relativamente cercanos para poder detectarlas directamente al límite de la tecnología actual.
El método empleado para su detección es un sistema interferométrico. Un haz láser recorre varias veces los dos brazos en forma de L de un interferómetro hasta que se le hace interferir consigo mismo. Si un frente de ondas gravitacionales pasa por el dispositivo alarga y contrae los brazos de tal modo que, aunque sea en una distancia minúscula, su efecto acumulado hace cambiar el patrón de interferencia. Hay dos de estas instalaciones de este tipo en EEUU, una en Louisiana y otra en el estado de Washington. Estos detectores ven un cambio en la longitud de sus brazos de hasta una diezmilésima parte del diámetro de un protón.
El sistema europeo equivalente, el Advance Virgo que está en Italia, no pudo registrar este nuevo evento porque el frente de ondas cruzó la Tierra el pasado 4 de enero (por lo que se le ha denominado GW170104) y en ese momento no estaba actualizado ni estaba operativo. Por tanto, no se puede determinar con exactitud el punto del cielo de donde provenía. Se estima, eso sí, que el choque de los agujeros negros, de 19 y 32 masas solares, se dio hace unos 3000 millones de años, por lo que se se dio a 3000 millones de años luz de distancia de nosotros, más o menos (el universo ha estado expandiéndose en este tiempo). En esa época sólo había microbios procariotas en la Tierra y los continentes empezaban a formarse.
El resultado de este choque produjo un único agujero negro de unas 49 masas solares. La diferencia de masa fue emitida en forma de energía en la emisión de OG. Fue precisamente la emisión de OG que se produjo justo durante la colisión lo que se ha logrado detectar, como en las dos veces anteriores.
La señal recibida, como las otras anteriores, estaba compuesta por dos partes, una con un aumentó progresivo en frecuencia y amplitud que se generó inmediatamente antes de la colisión y otra debido al objeto que resultó de la colisión mientras adquiría una simetría esférica. Una vez se alcanza dicha simetría se deja de emitir OG detectables.
Podría parecer que se trata de un caso más, pero no es así por varios motivos. Las estadísticas de un caso dicen más bien poco, pero una estadística de tres casos ya puede empezar a decirnos algo más del Universo en el que vivimos. Entre otras cosas, este aumento de estadística nos dice que la detección de este tipo de eventos a través de esta nueva ventana observacional está siendo progresivamente rutinaria, por lo que pronto vamos tener información muy valiosa.
Este tercer evento es más lejano que los dos anteriores y ha permitido negar, hasta cierto punto, el caso del arcoiris gravitatorio. Según la RG las ondas gravitacionales siempre se mueven a la velocidad de la luz independiente de su longitud de onda. Pero hay propuestas que sostienen que podría haber una dispersión en este sentido. Si así fuera, en 3000 millones de años luz de distancia las distintas frecuencias del frente de ondas habría llegado en tiempos distintos, pero no ha sido así. Puede que esta dispersión sea muy pequeña, pero el efecto tendría que ser menor que el error en las medidas para un evento a esta distancia. Por tanto, Einstein vuelve a tener razón. Este aspecto también limita la posible masa del supuesto gravitón que porte el campo gravitatorio. Esta debe ser cero con cierto margen de error.
Otro aspecto interesante es que antes de que LIGO entrara en servicio se creía que había sólo dos tipos de agujeros negros en función de su masa: los agujeros negros supermasivos de los centros galácticos y los agujeros negros estelares de hasta 20 masas solares. La detección de estos eventos nos dice que hay bastantes agujeros negros con una masa superior a las 20 masas solares, algo que no tiene una buena explicación según la astrofísica estándar.
Podría suceder que se tratara, desde el punto convencional, que dos grandes estrellas de baja metalicidad (compuestas casi exclusivamente por hidrógeno y helio) que orbitaran muy cerca una de la otra alrededor de su centro de masas. Esto permitiría el intercambio de gases entre ellas y se irían acercando cada vez más. En el estadio final, se produciría una alineamiento entre las rotaciones de los cuerpos y finalmente se produciría esta colisión una vez convertidas hace tiempo en agujeros negros.
Pero lo que se ha medido de GW170104 no encaja con esa idea, pues sus rotaciones estaban dispuesta un tanto al azar en función de las órbitas.
Cuando el eje de giro coincide, parte de la energía asociada al momento angular es emitida en forma de onda gravitacionales justo antes de la formación del nuevo agujero negro. Esto es debido a que el momento angular de un agujero negro no puede exceder cierto valor.
En los dos casos anteriores los giros estaban alineados o casi, pero en este caso claramente no lo estaban. Esta orientación previa proporciona información sobre cómo se formó el sistema de dos agujeros negros.
Básicamente, los dos agujeros negros responsables de este evento no tenían sus ejes de giro alineados. Una posible explicación sería que los agujeros negros no procedieran de un sistema binario, sino de estrellas independientes que se aproximaron de alguna manera. Otra es que los agujeros negros se formaran por separado y luego formaran un sistema binario.
Una explicación más exótica es la que propone Juan García Bellido (Universidad Autónoma de Madrid y no en LIGO). Según este investigador, ni siquiera en los cúmulos globulares se pueden formar pares de agujeros negros desalineados en la densidad suficiente y en el plazo de la edad del universo como para explicar las observaciones.
Según él la mejor explicación es que se trate de agujeros negros primordiales que no se originaron en las estrellas, sino en el Big Bang. Ciertas regiones de alta densidad tras el Big Bang generarían cúmulos de agujeros negros. Estos cúmulos podrían dar cuenta de la materia oscura del Universo. Si está en lo cierto, las galaxias como la nuestra contaría con un halo de agujeros negros. Aunque esta idea es muy controvertida, además de que no es muy acepta en la comunidad científica, estos agujeros negros deberían producir fenómenos de lentes gravitatorias que parece que no son observados en la Naturaleza en la cantidad necesaria como para explicar ese 80% de masa perdida.
Quizás estos interrogantes los pueda despejar el propio LIGO pronto. Se estima que con 100 casos la estadística permita decir cosas con seguridad. Calculan que puede haber cada año de 12 a 212 (a veces las barras de error son así de grandes) eventos de este tipo en un volumen de universo correspondiente a un cubo de 3000 millones de años luz de lado. Así que LIGO, Advanced Virgo y los que se construyen en India y en Japón podrán detectar muchos de esos eventos, tantos como uno al día o uno a la semana. En la próxima década, según entren en servicio más de estos detectores y con mejor sensibilidad, este tipo de astrofísica se volverá rutinaria y permitirá poner a pruebas numerosas ideas y teorías.
Se espera que Advanced Virgo pronto alcance la precisión que tiene ahora LIGO, por lo que se podrá triangular para encontrar la ubicación y buscar contrapartidas ópticas. A su vez, LIGO dejará de medir después del verano para ser actualizado y para finales de 2018 posiblemente tenga más sensibilidad. Quizás se detecten pronto las colisiones de estrellas de neutrones.
De momento, los investigadores de LIGO dijeron en un congreso reciente que ya están analizando al menos 6 nuevos candidatos a eventos, pero no dieron más detalles.
Puede que en el futuro incluso se detecten casos de agujeros negros con menor masa que el Sol. En ese caso posiblemente se trataría de agujeros negros primordiales, pues con esa masa no se pueden formar en las estrellas.
Mientras tanto ondas generadas en estas colisiones cósmicas contraerá el espacio que ocupan nuestro cuerpo de forma inadvertida. Porque este tipo de cosas no sólo se dan en LIGO, sino en todas partes. Allí sólo son detectados.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5563

No hay comentarios:

Publicar un comentario

Nota: solo los miembros de este blog pueden publicar comentarios.