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  • 28/09/2017

Física

Primera detección triple de una onda gravitacional

El detector Virgo, en Italia, se une a los dos interferómetros de LIGO. El hito permite localizar con mucha mayor precisión la fuente y estudiar por primera vez la polarización de las ondas.

Colaboraciones LIGO y Viirgo

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Localización en la bóveda celeste de las fuentes asociadas a las cuatro ondas gravitacionales confirmadas hasta ahora, así como la del suceso candidato LVT151012. La participación del interferómetro Virgo ha permitido acotar el origen de GW170814 (verde, abajo) en una región del cielo mucho menor que todas las anteriores. [Colaboraciones LIGO y Virgo.]

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En febrero de 2016, las colaboraciones LIGO y Virgo anunciaron la primera detección directa de ondas gravitacionales. El hito culminaba una carrera experimental de más de cinco décadas y marcaba el nacimiento de una nueva era en la exploración del cosmos. Pero ¿qué son las ondas gravitacionales? ¿Por qué resultan tan difíciles de observar? ¿Cuándo se obtuvieron los primeros indicios de su existencia? ¿Nos permitirán algún día «ver» la gran explosión que dio origen al universo? Este monográfico digital (en PDF) te ofrece una selección de los mejores artículos publicados en Investigación y Ciencia sobre la búsqueda científica y técnica de uno de los fenómenos más elusivos predichos por la teoría de la relatividad de Einstein.

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La astronomía gravitacional nació hace ahora dos años, en septiembre de 2015, cuando los dos detectores del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO), ubicados en EE.UU. y a 3000 kilómetros de distancia uno del otro, observaron las perturbaciones del espaciotiempo causadas por una colisión de agujeros negros ocurrida en una galaxia distante. Tras la identificación de otras dos ondas similares detectadas en 2015 y 2016, a esa carrera científica se ha sumado ahora el interferómetro Virgo, cerca de Pisa. Las respectivas colaboraciones anunciaron ayer la observación conjunta la cuarta onda gravitacional confirmada hasta la fecha. El hito afianza uno de los mayores logros recientes de la física y la tecnología y abre la puerta comprobar empíricamente un aspecto hasta ahora inexplorado de la teoría de la gravedad de Einstein.

La colaboración Virgo ya había formado parte de los análisis que condujeron a la identificación de las otras tres ondas gravitacionales previamente detectadas por LIGO (en septiembre de 2015, diciembre de 2015 y enero de 2016). Aunque el experimento italiano había comenzado a tomar datos en 2007, en 2011 entró en una larga parada técnica destinada a aumentar su sensibilidad. Tras esos ajustes, la nueva fase de operaciones se inició el pasado 1 de agosto. Solo trece días después, el interferómetro europeo se unía a los dos de LIGO en la observación simultánea de una nueva onda gravitacional. En este caso el origen del fenómeno fue el choque de dos agujeros negros de 25 y 30 masas solares. La fusión de los astros dio lugar a un coloso 53 veces más masivo que el Sol, lo que revela que más de dos masas solares se radiaron en forma de energía. Según la reconstrucción de los investigadores, el evento tuvo lugar en una galaxia situada a unos 1700 millones de años luz de la Vía Láctea.

Una de las ventajas de contar con tres detectores de ondas gravitacionales es que ello permite localizar mucho mejor la posición de la fuente en la bóveda celeste. En lo que respecta al descubrimiento anunciado ayer, si los dos observatorios de LIGO habían acotado los agujeros negros en una porción de cielo de 1160 grados cuadrados (la luna llena abarca 0,2; el cielo completo, unos 40.000), la participación del experimento italiano ha conseguido reducir dicha región hasta los 60 grados cuadrados, una cifra veinte veces menor. Situar con esa precisión el origen de una onda gravitacional reviste suma importancia, ya que permite que los telescopios tradicionales se coordinen con los gravitatorios para explorar, prácticamente en tiempo real, la misma región del cielo en busca de las señales electromagnéticas asociadas a la fuente. 

Otra de las contribuciones de Virgo es que, por primera vez, los físicos pueden estudiar la polarización de las ondas gravitacionales; es decir, las direcciones en las que el espaciotiempo se estira y se encoge con respecto al sentido de avance de la onda. Cada uno de los interferómetros de LIGO y Virgo consta de dos brazos perpendiculares de varios kilómetros de longitud. Sin embargo, los dos instrumentos de LIGO presentan una orientación muy similar, lo que apenas permite obtener información sobre la polarización de las ondas detectadas. Ahora, gracias a la participación del detector europeo, los investigadores han podido estudiar la proyección de la amplitud de la onda de dos formas esencialmente distintas, lo que ha posibilitado el análisis de sus modos de polarización.

Como recuerdan los autores en su artículo, la relatividad general predice dos modos de polarización independientes (llamados + y ×, ambos perpendiculares al eje de propagación), si bien otras teorías de la gravitación contemplan hasta seis. Tanto este como otros análisis han llevado a los investigadores a concluir que todas las propiedades la onda GW170814, así bautizada por la fecha en que se tuvo lugar la detección, resultan compatibles con las predicciones de la teoría de la gravedad de Einstein.

Virgo es el primer detector que se une a LIGO en lo que pronto se convertirá en una verdadera red global de observatorios terrestres de ondas gravitacionales. En los próximos años está previsto que entren en funcionamiento los experimentos KAGRA, en Japón, y LIGO-India.

Ernesto Lozano Tellechea

Más información, enlaces y material multimedia en la página web de la colaboraciones LIGO y Virgo.

Referencia: «GW170814: A three-detector observation of gravitational waves from a binary black hole coalescence», colaboraciones LIGO y Virgo, 27 de septiembre de 2017. Aceptado para su publicación en Physical Review Letters.

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