LIGO detecta ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros

Dibujo20160211 ligo livingston hanford data vs theoretical prediction gravitational waves nsf ligo

El 14 de septiembre de 2015 el detector de LIGO en Livingston detectó una señal. Siete milisegundos más tarde el detector de LIGO en Hanford detectó la misma señal. Dichas señales son casi idénticas a las que predicen las simulaciones de relatividad numérica mediante supercomputadores para la fusión de dos agujeros negros de masa estelar. Un suceso que ocurrió hace mil trescientos millones de años que ahora podemos observar por primera vez desde la Tierra gracias a Advanced LIGO (AdvLIGO).

Me gustaría destacar que el trabajo previo realizado en relatividad numérica (campo en el que España es una potencia mundial) ha sido fundamental para este descubrimiento. Se han calculado tablas con las ondas gravitacionales esperadas para la fusión de agujeros negros de diferentes masas (y de agujeros negros y estrellas de neutrones). Gracias a dicho trabajo ha sido posible interpretar de forma segura y eficiente la señal observada. Todos debemos estar contentos por el gran trabajo realizado por los físicos españoles de la Colaboración LIGO.

[PS 16 Feb 2016]: Recomiendo Emanuele Berti, “Viewpoint: The First Sounds of Merging Black Holes,” APS Physics 9: 17 (2016), doi: 10.1103/Physics.9.17, arXiv:1602.04476 [gr-qc].

Dibujo20160211 ligo frequency vs time gravitational waves nsf ligo

La señal observada por LIGO es audible y en la rueda de prensa hemos disfrutado oyéndola. Pero lo más importante es la gran cantidad de información que podemos obtener a partir de esta señal sobre los agujeros negros. Las predicciones de la relatividad general de Einstein parecen describir a la perfección la señal observada. Por supuesto, hay cierto ruido que no sabemos si es instrumental o muestra algún tipo de estructura que apunte más allá. Los próximos años serán fundamentales para saber si Einstein ha vuelto a tener razón o si, por el contrario, estamos ante los primeros indicios de gravedad más allá, quizás incluso de gravedad cuántica.

Dibujo20160211 ligo south hemisphere location of source of gravitational waves nsf ligo

Los dos detectores de LIGO en EE.UU. no son suficientes para triangular la señal observada. Por ahora sabemos que su origen está en el hemisferio Sur, quizás cerca de una nube de Magallanes. Esta imagen ilustra la región dónde puede estar y la incertidumbre correspondiente. A finales de este año el detector Advanced Virgo (Italia) empezará a tomar datos y permitirá localizar mejor las fuentes de futuras observaciones. Y en los próximos años gracias al detector KAGRA (Japón) y al futuro LIGO India podremos localizar con gran precisión el origen de estas fuentes.

En resumen, un día histórico. Pero la verdad, deseo leer el artículo científico (que se publicará en Physical Review Letters) para bucear en los detalles. La web está caída, aún así, algunos blogs están publicando las figuras.

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Esta figura muestra las señales observadas.

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Esta tabla muestra los parámetros de los agujeros negros que han generado la onda gravitacional observada. El agujero negro principal tiene 36 ± 5 masas solares y el secundario 29 ± 4 masas solares. Se han fusionado en un agujero negro tipo Kerr con 62 ± 4 masas solares y un espín (momento angular) de 0,67 ± 0,07. La distancia a la que se encuentra es de 410 ± 180 megapársecs, es decir, un corrimiento al rojo de z = 0,09 ± 0,04.

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Esta figura ilustra cómo se interpreta la señal de ondas gravitacionales observada. En la primera fase de la señal, los dos agujeros negros rotan sobre su centro de masas común y caen en espiral el uno hacia el otro. Sus horizontes de sucesos se fusionan formando un agujero negro único, cuyo horizonte de sucesos es dinámico y vibra generando intensas ondas gravitacionales de mayor frecuencia. Las vibraciones de dicho horizonte de sucesos se relajan y al final todo queda como si no hubiera pasado nada. Un agujero negro tipo Kerr oculto en la inmensidad del cosmos.

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Hoy lo más importante no es la detección directa de ondas gravitacionales (nadie dudaba de su existencia ya que habían sido observadas de forma indirecta hace décadas). Lo más importante hoy es que hemos descubierto los agujeros negros de forma definitiva. Por primera vez hemos podido ver el horizonte de sucesos de un agujero negro. La señal observada corresponde, casi a la perfección, a las predicciones de la relatividad numérica. Hoy hemos descubierto que los agujeros negros astrofísicos y los agujeros negros predichos por la teoría de Einstein coinciden.

A partir de hoy el comité Nobel podrá conceder premios Nobel a la física de los agujeros negros. ¿Cuál será el primero en caer?

119 Comentarios

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AraceliAraceli

Hola Francisco,
Ante todo felicitarte por tus artículos. Son impresionantes.
Tengo una duda grave: ¿Como puede ser que salgan 3 masas solares del interior de los agujeros negros en fusión si de un agujero negro no puede salir nada?

muchas gracias

Francisco R. Villatoro

Araceli, los agujeros negros son esféricos, pero cuando se fusionan forman una especie de “ocho” (elipsoide) que se transforma en un “cero” (esfera); en dicho proceso el horizonte de sucesos vibra de forma salvaje y ahí es dónde se producen las ondas gravitacionales con pérdida de energía; cuando el proceso se consume, el agujero negro resultado tiene menos masa que la suma de las masas de los agujeros negros originales. No se emite energía desde dentro de ninguno de los agujeros negros, sino que se emite desde las cercanías de ambos agujeros negros. Espero haberme explicado bien.

Francisco R. Villatoro

Yurod, dice “de entonces a la fecha no se ha observado nada” lo que es falso, completamente falso. Se observaron 2 señales (algo que ignora el autor) y a finales de abril se publicarán los datos de al menos otras cuatro señales. Si este señor no sabe de lo que habla, mejor que no hable.

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