LIGO ha anunciado hoy una tercera detección de ondas gravitacionales. Los medios de comunicación no comentaron las diferencias significativas entre ésta y las detecciones anteriores. ¿Nos ha enseñado este tercer evento algo nuevo sobre el cosmos?
En términos más generales, ¿qué esperamos aprender de nuevas detecciones de ondas gravitacionales por parte de LIGO, ahora que hemos confirmado que las ondas gravitacionales existen y se ajustan a nuestras expectativas anteriores?
Hay muchas cosas.
Por ejemplo, el ritmo de las fusiones de agujeros negros en función del tiempo de retrospección; el espectro de masas de los agujeros negros binarios; el giro de los agujeros negros y si están siempre alineados o desalineados con el momento angular orbital. Todas estas cosas dan pistas sobre cuándo y cómo se formaron estos agujeros negros, lo que a su vez puede ser un paso para entender cómo se construyen los agujeros negros supermasivos.
Para obtener respuestas a estas preguntas se necesita una población de eventos y un instrumento con propiedades de sensibilidad y ruido bien calibradas. Sin embargo, este tercer evento en concreto proporcionó pruebas sólidas (aunque no concluyentes) de espín y momentos angulares orbitales desalineados, lo que sugiere que los agujeros negros no se formaron en un sistema binario, sino que pueden haberse convertido en un par a través de alguna interacción posterior, quizás en un cúmulo denso.
Una de las cuestiones pendientes en la teoría de la evolución galáctica es el origen de los agujeros negros supermasivos en el centro de muchas galaxias.
Hay teorías que compiten entre sí sobre cómo se formaron a partir de agujeros más pequeños, y conocer la distribución de masas de los agujeros negros existentes actualmente podría arrojar luz sobre cómo evolucionaron los muy grandes, pero sólo si se dispone de un número estadísticamente significativo de observaciones.
Como se señala en este artículo Si bien es cierto que hay una ventana para que los agujeros negros primordiales formen la mayor parte de la materia oscura, el rango de masa es de aproximadamente $20 M_{\odot}$ a $100 M_{\odot}$ . Estos agujeros negros se habrían formado entonces al final de la época inflacionaria. Otras detecciones de fusiones de agujeros negros en este rango de masa pueden confirmar esta posibilidad, si la tasa de eventos es demasiado pequeña entonces eso implicaría que los agujeros negros primordiales podrían a lo sumo dar cuenta de una fracción de la materia oscura.
Este artículo de la BBC menciona que la señal mostraba que los dos agujeros negros giraban sobre ejes distintos, lo que sugiere que no se formaron juntos (como sus estrellas originales, al menos) en un único sistema estelar múltiple, sino que formaron un sistema más tarde. Que algo así sea posible abre muchas posibilidades para las fusiones de agujeros negros. También proporciona otra prueba de las teorías de Einstein, y de la predicción de que las ondas gravitatorias no tienen dispersión. Como dice el artículo:
También son posibles ahora nuevas investigaciones sobre las propiedades de los agujeros negros. Los científicos pueden deducir de la naturaleza de la señal del 4 de enero que los espines de los objetos no estaban totalmente alineados cuando se juntaron.
Esto sugiere que no se crearon a partir de un par de estrellas en órbita que explotaron y luego colapsaron en agujeros negros. Más bien, su origen fue más probablemente como estrellas que llevaron vidas independientes y sólo en alguna etapa final cayeron como un dúo.
"En ese primer caso, esperábamos que los giros se mantuvieran alineados", dijo Laura Cadonati, portavoz adjunta de la colaboración. "Así que hemos encontrado una nueva ficha para poner en el puzzle de la comprensión de los mecanismos de formación".
Además, la astronomía de ondas gravitacionales permite poner a prueba las teorías de Einstein. Debido a la mayor distancia a la que se encuentra esta fusión (el doble de la distancia a los eventos de 2015), los investigadores podrían buscar más fácilmente un efecto llamado "dispersión".
En el caso de la luz, describe cómo la radiación electromagnética de diferentes frecuencias se desplaza a diferentes velocidades a través de un medio físico, para producir un arco iris en un prisma de cristal, por ejemplo.
La teoría general de la relatividad de Einstein prohíbe cualquier dispersión en las ondas gravitacionales a medida que se desplazan desde su origen por el espacio hacia la Tierra.
"Nuestras mediciones son realmente muy sensibles a las diminutas diferencias en las velocidades de las distintas frecuencias, pero no descubrimos ninguna dispersión, por lo que una vez más no pudimos demostrar que Einstein estaba equivocado", explicó Bangalore Sathyaprakash, miembro del equipo LIGO de Penn State (EE.UU.) y la Universidad de Cardiff (Reino Unido).
El propio artículo de la revista puede ser se encuentra aquí .
Para ver algunos comentarios casuales de algunos distinguidos miembros de LIGO sobre las implicaciones de esta tercera observación (GW170104), véase el nuevo y bastante visto Veritasium video Nuevo descubrimiento de ondas gravitacionales
El pie de foto dice:
Los científicos acaban de publicar esta nueva observación. El 4 de enero de 2017 detectaron la fusión de dos agujeros negros a 3.000 millones de años luz. Esto marca la detección más lejana que han podido hacer y aumenta la confianza en que estos eventos se verán con mayor frecuencia a medida que los interferómetros LIGO se vuelvan más sensibles a las ondas gravitacionales de baja amplitud (a medida que se eliminen las fuentes de ruido).
He intentado transcribir algunos de sus comentarios a continuación, pero hay que ver o escuchar el vídeo completo.
A partir de 02:05
Prof. David Reitze: Este realmente dice 'OK ahora sabemos que vamos a ver muchas de estas cosas'.
Prof. Rana Adhikari: Es un alivio tener otra señal; saber que el Universo no está sólo poblado por todos los agujeros negros diminutos o sin agujeros negros.
Prof. David Reitze: Si mejoramos nuestra sensibilidad, por ejemplo, en un factor de 2 ó 3, los índices pasarán de ver uno cada mes o cada dos meses a ver uno cada día o cada semana.
Prof. Rana Adhikari: Yo diría que es muy sorprendente ahora que nuestras tres primeras señales provengan de fusiones de agujeros negros binarios, que eran una fuente bastante inesperada a partir de mediados de 2015.
Prof. David Reitze: La teoría que se maneja ahora es que los agujeros negros que vemos ahora son primordiales, que no se formaron a través de explosiones de supernovas convencionales, sino que se formaron durante el propio Big Bang.
Prof. Rana Adhikari: Es una especie de arañazo en la puerta del mayor misterio que tenemos hoy en la cosmología
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