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La UIB participa en la detección de ondas gravitacionales

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Los detectores de ondas gravitacionales de LIGO y Virgo han captado por primera vez dos señales de ondas gravitacionales procedentes de la fusión de un fenómeno que hasta ahora nunca había sido observado: la fusión de agujeros negros y estrellas de neutrones. En este hallazgo participaron investigadores del grupo de investigación en Física Gravitacional: Teoría y Observación (GRAVITY) de la Universidad de las Islas Baleares.

Las dos ondas gravitacionales, GW200105 y GW200115, fueron detectadas los días 5 y 15 de enero de 2020 y se generaron a una distancia superior a los 900 millones de años luz de nuestro planeta, después de que los agujeros negros capturasen las estrellas de neutrones. Es la primera vez que se observan ondas gravitacionales procedentes de una combinación de estrellas de neutrones y agujeros negros.

Hasta ahora, solo se habían podido confirmar ondas gravitacionales causadas por la fusión de pares de agujeros negros y de pares de estrellas de neutrones, por lo que se prevé que estos descubrimientos lancen nuevos datos sobre el nacimiento, la vida y la muerte de las estrellas, así como sobre los entornos en los que se forman.

Estos resultados se recogen en un artículo publicado el martes 29 de junio de 2021 en la revista científica Astrophysical Journal Letters, en el que figuran como autores los investigadores de la UIB Alicia Sintes, Sascha Husa, David Keitel, Marta Colleoni, Héctor Estellés, Maite Mateu-Lucena, Cecilio García-Quirós, Rafael Jaume, Rodrigo Tenorio y Pep Covas, además de investigadores de LIGO, Virgo y Kagra.

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GW200105

El primero de los dos eventos, GW200105, fue detectado por los observatorios LIGO (Livingston, Louisiana, Estados Unidos) y Virgo (Italia) el 5 de enero de 2020. A partir de la señal de onda gravitacional, los astrónomos pudieron inferir que se generó a una distancia de 900 millones de años luz de la Tierra y que procedía de la fusión de un agujero negro de 8,9 masas solares y un objeto compacto más pequeño, de 1,9 masas solares, una estrella de neutrones.

GW200115

El segundo evento, GW200115, fue detectado sólo diez días después, el 15 de enero de 2020, por los dos observatorios de LIGO (Livingston y Hanford, Estados Unidos) y el detector Virgo (Italia). La señal procedía de la fusión de un agujero negro de 5,7 masas solares y de una estrella de neutrones de 1,5 masas solares a una distancia de mil millones de años luz de nuestro planeta.

La participación de la UIB

Una contribución clave del grupo GRAVITY de la UIB a la colaboración LIGO es el modelado de las formas de onda emitidas por sistemas binarios, compuestos por agujeros negros o estrellas de neutrones. Estos modelos se utilizan para identificar las fuentes y estimar los parámetros, como las masas o la distancia. Este es un proceso muy costoso computacionalmente y requiere el uso de supercomputadores.

En la UIB, desde 2008 Sascha Husa lidera un programa para desarrollar modelos de forma de onda más eficientes desde el punto de vista computacional. En una serie de siete publicaciones recientes, el grupo GRAVITY ha presentado una nueva generación de estos modelos aún más precisos, y han sido uno de los empleados para estimar los parámetros de las fuentes de GW200105 y GW200115.

El grupo de la UIB ha estado involucrado directamente en el análisis de estas señales, una parte de la que se haga en el supercomputador Mare Nostrum, de Barcelona. «Capturar la señal de un evento tan elusivo como la fusión de un agujero negro y de una estrella de neutrones es un acontecimiento excepcional y estamos orgullosos de que nuestro equipo haya contribuido directamente a este descubrimiento«, declara Marta Colleoni, investigadora del grupo GRAVITY.

El grupo de la UIB, liderado por la doctora Alicia Sintes, ha participado en la colaboración científica LIGO desde el comienzo. En el marco de LIGO, los investigadores de la UIB participaron en un hecho histórico para la ciencia: la primera detección de ondas gravitacionales, ondulaciones del espacio-tiempo que llegan a la Tierra a la velocidad de la luz, procedentes de un hecho catastrófico en el universo. Este descubrimiento fue merecedor del premio Nobel de Física en 2017.

Estrellas de neutrones y agujeros negros

Sabemos que las señales se produjeron a través de la fusión de objetos extremadamente compactos, ya que las estrellas menos densos habrían sido completamente destrozadas antes de fusionarse, debido a la intensidad de la atracción gravitacional. A pesar de las reducidas dimensiones (varias decenas de kilómetros), las estrellas de neutrones son tan masivas como nuestro Sol. Su origen se encuentra en las supernovas, explosiones estelares de gran intensidad que se producen cuando una estrella masiva agota su combustible nuclear y muere de manera catastrófica. En el caso de GW200105 y GW200115, los objetos más ligeros encajan perfectamente en la población de estrellas de neutrones observada hasta ahora. Por su parte, los agujeros negros son regiones del espacio-tiempo con una gravedad tan intensa que evita que cualquier cosa, incluso la luz, pueda escapar.

Las colaboraciones LIGO y Virgo

LIGO ha sido financiado por la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF) y operado por Caltech y MIT, que el concibieron y lideraron el proyecto. La NSF, junto con Alemania (Sociedad Max-Planck), Reino Unido (Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología) y Australia (Consejo Australiano de la Investigación – OzGrav) encabezaron el apoyo económico para el proyecto Advanced LIGO, y aportaron compromisos e hicieron contribuciones significativas al proyecto. Aproximadamente 1.400 científicos de todo el mundo participan en las tareas de la colaboración científica LIGO, que incluye la colaboración GEO. Una lista de los colaboradores adicionales está disponible en: https://my.ligo.org/census.php

Actualmente, la colaboración Virgo está formada por deberes 650 miembros, procedentes de 119 instituciones de 14 países, entre ellos Bélgica, Francia, Alemania, Grecia, Hungría, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal y España. El Observatorio Gravitacional Europeo (EGO, por sus siglas en inglés) alberga el detector Virgo cerca de Pisa, en Italia, y es financiado por el Centro Nacional de la Investigación Científica (CNRS) en Francia, el Instituto Nacional de Física Nuclear ( INFN) en Italia, y el Nikhef en los Países Bajos. Se puede consultar la lista de los grupos de la colaboración Virgo a http://public.virgo-gw.eu/the-virgo-collaboration/ y más información en la página web de Virgo .


Seis grupos españoles contribuyen al estudio y análisis de las ondas gravitacionales detectadas por LIGO-Virgo en áreas que van desde el modelado teórico de las fuentes astrofísicas y el análisis de los datos, hasta la mejora de la sensibilidad de los detectores para los períodos de observación actuales y futuros. Dos grupos, de la Universidad de las Islas Baleares (UIB) y el Instituto Gallego de Física de Altas Energías, de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), forman parte de la colaboración científica LIGO. Por su parte, la Universidad de Valencia (UV), el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB), el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) de Barcelona y el Instituto de Física Teórica ( IFT) de la Universidad Autónoma de Madrid-CSIC son miembros de Virgo.

La contribución española es financiada por la Agencia Estatal de Investigación, el Ministerio de Ciencia e Innovación y el Ministerio de Universidades, a través de los programas AYA y FPN, programas de Excelencia Severo Ochoa y María de Maeztu, programas de financiación de la Unión Europea, Fondo FEDER, Fondo Social Europeo, la Consejería de Fondos Europeos, Universidad y Cultura del Gobierno de las Islas Baleares, Consejería de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana a través de los proyectos PROMETEO, el programa Cerca de la Generalidad de Cataluña, y tienen el apoyo de la RES (RES).

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