Sobre el rumor de la posible fusión de estrellas de neutrones observada por LIGO y Fermi

Dibujo20170830 neutron star binary fusion simulation nasa aei zib koppitz rezzolla

Supongo que ya conoces el rumor. El 18 de agosto, desde LSST2017, Peter Yoachim‏ tuiteó que en la galaxia NGC 4993 se habría observado la fusión de dos estrellas de neutrones. LIGO-Virgo habría observado la onda gravitacional y varios telescopios estarían observando señales ópticas. Si se confirmase el rumor sería el nacimiento de la Astronomía Multimensajero con Ondas Gravitacionales, un hito histórico. Muchos medios se han hecho eco del rumor. No habrá noticias oficiales hasta dentro de unos cuatro meses. Habrá que estar al tanto.

Yo tuiteé el rumor el 20 de agosto. Sabemos muy poco, por no decir nada. El suceso parece que ocurrió el 17 de agosto, día que el telescopio espacial Fermi de la NASA observó la señal GRB170817A (que se interpreta como una fusión de estrellas de neutrones) [enlace]. DECam (Dark Energy Camera), VLT (Very Large Telescope) y ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) observaron NGC 4993 entre el 18 y 19 de agosto. El telescopio Chandra de rayos X de NASA lo ha hecho varias veces desde el 19 de agosto [enlace]. El 22 de agosto lo hizo el telescopio espacial Hubble de la NASA tras recibir tres propuestas, HST 14804 de Andrew Levan (Univ. Warwick), HST 15346 de Mansi Kasliwal (Caltech) y HST 15382 de Matt Nicholl (Harvard Univ.); no parece haber dudas, por ejemplo, “HST Proposal 15346: Verifying a candidate counterpart to gravitational waves” [enlace]. Muchos otros telescopios han hecho lo propio ante este hito histórico. Por supuesto, todo puede ser una falsa alarma y al final todo puede quedarse en un simple candidato LVT (Ligo-Virgo Trigger).

El LIGO Run O2 se inició el 30 de noviembre de 2016 y finalizó el 24 de agosto de 2017; Virgo se incorporó de forma continua el 01 de agosto y el 17 de agosto los tres observatorios estaban tomando datos. No sabemos cuál es la SNR (relación señal/ruido) de la señal (una observación requiere más de 10). NGC 4993 está a 40 Mpc, demasiado lejos para Virgo, aunque suficiente para una buena SNR en los LIGO de Hanford y Livingston. Lo dicho habrá que estar al tanto en los próximos meses. Más información en Davide Castelvecchi, “Rumours swell over new kind of gravitational-wave sighting,” News, Nature, 25 Aug 2017, doi: 10.1038/nature.2017.22482; Peter Coles, “LIGO, Leaks and NGC 4993,” In the dark, 23 Aug 2017; y muchos otros medios.

Dibujo20170830 ego virgo exciting ligo-virgo observing run closed 25 aug 2017

Esta figura muestra la distribución de tiempo en Virgo (interferómetro de ondas gravitacionales con brazos de 3 km situado en Italia) durante el mes de agosto. Ha estado tomando datos durante el 84% del tiempo. Entre el 17 de agosto y el 23 de agosto hubo poca actividad, como es de esperar si se ha detectado una señal; ya que para estimar su SNR se compara dicha señal con el fondo de ruido durante varios días, tratando de no tocar nada con objeto de que dicha estimación sea fiable.

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Esta figura compara la sensibilidad de Virgo (curva morada) con respecto a las de los LIGO en Hanford (curva roja) y Livingston (curva azul). Está extraída de la reciente charla de David Reitze (Executive Director, LIGO), “Gravitational Waves: An Entirely New Window onto the Cosmos,” CERN Colloquium, 29 Aug 2017 [CERN CDS]. En la charla Reitze afirma que Virgo puede observar una fusión de estrellas de neutrones hasta unos 28 Mpc, luego no habría podido observar una a 40 Mpc (NGC 4993). Parece ser que el telescopio Fermi podría haber observado la señal óptica unos segundos antes que LIGO en NGC 4993; la coincidencia en tiempo se interpretaría como un origen común a ambas señales. Sin Virgo, la incertidumbre de LIGO a la hora de localizar en el cielo esta señal es muy grande. En mi opinión, la clave del rumor es la contraparte óptica de Fermi y otros observatorios.

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La galaxia NGC 4993 es de tipo lenticular y se encuentra en la constelación de Hidra (Hemisferio Norte). Descubierta por William Herschel, NGC 4993 tiene una magnitud de 14 y un diámetro de unos 10 minutos de arco en el cielo; se encuentra a unos 124 millones de años luz (unos 40 Mpc), una distancia suficientemente cerca como para que LIGO haya observado una fusión de estrellas de neutrones dando lugar a un agujero negro. Quizás un algoritmo de análisis profundo de la señal de Virgo, sabiendo que debe estar allí, sea capaz de extender su sensibilidad hasta los 40 Mpc.

En resumen, no me gusta hablar en base a rumores, prefiero hacerlo tras haber leído el artículo científico. En este caso tendremos que esperar unos meses hasta que sepamos si se confirma o no el rumor. Ahora mismo tenemos muchas incógnitas, pero dado que acaba el verano y varios lectores me lo habían pedido, he decidido hacerme eco de este rumor.


16 Comentarios

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Francisco R. Villatoro

Alvaro, la palabra “peor” no es adecuada; Virgo (3 km) es más pequeño que LIGO (4 km) y por tanto menos sensible (observa una región más pequeña). La tecnología de ambos es muy similar (desarrollada en GEO600 que forma parte de la Colaboración LIGO-Virgo, a pesar de no aparecer en el nombre). El progreso en la metrología en estos detectores es continuo; Advanced Virgo empezó a tomar datos de forma continua en agosto de 2017, luego va más retrasado que Advanced LIGO que empezó a tomar datos en septiembre de 2015. Pero, repito, la palabra “peor” no es adecuada.

AlbertAlbert

La sensibilidad de VIRGO es inferior a la de los dos LIGOs, ya que los LIGOs tienen “brazos” de 4 km de longitud y los de VIRGO solo son de 3 km.
Saludos.

Alvaro VerdionAlvaro Verdion

No se yo si es buena idea montar un detector en Italia, que es un lugar sismicamente activo. Eso igual los hace menos sensible aún.

Francisco R. Villatoro

Alvaro, Virgo se encuentra en una de las zonas menos sísmicas de Italia (Cascina, cerca de Pisa); el ruido sísmico allí es similar al de LIGO en Handford (Washington), en ambos casos mayor que en Livingston (Louisiana). Para los interferómetros en Tierra es muy difícil detectar señales gravitacionales por debajo de 10 Hz, incluso con sistemas de atenuación sísmica que eliminan el ruido sísmico por debajo de los 5 Hz.

notengoniideanotengoniidea

Me ha parecido muy interesante lo que apuntas de que sabiendo que la fusión debe estar enterrada en los datos de Virgo se pueda mejorar el análisis de las señales.

¿Y qué pasa con la diferencia temporal entre la señal gravitatoria y la óptica, aporta algo desde el punto de vista de nueva física, determinación más precisa de constantes físicas o de cómo es el proceso de fusión en detalle?

espaidualespaidual

iba a preguntar lo mismo.
Creía que lo normal era detectar primero la señal gravitatoria y luego la óptica debido a los procesos de scattering. Que puede causar el retraso de la onda gravitacional?

Francisco R. Villatoro

Se trata de una fusión de estrellas de neutrones, luego radia intensamente ondas electromagnéticas justo antes de la formación del agujero negro, cuyo nacimiento es el punto álgido de la producción de ondas gravitacionales.

U-95U-95

¿Fusión de dos estrellas de neutrones?. Suena a GRB de duración corta, a ver si hay suerte y se confirma dicho rumor.

Francisco R. Villatoro

Exactamente, así se justificaron las primeras observaciones (por ello no tuiteé hasta dos días después del rumor); pero en las siguientes se habló de candidato a onda gravitacional.

BotswanafireBotswanafire

¿Fermi detectó señal óptica? Creí que solo tenía instrumentos en rayos gamma y rayos X.

JusoreJusore

Aparentemente por lo que he leído, el rumor tiene fundamento. Es clave contar con tres “astro-sismógrafos” para hacer la triangulación y localizar la fuente de la emisión en el cielo. Las detecciones en adelante de ondas gravitacionales entiendo que podrán ir dibujando un mapa espacial de abundancia de objetos masivos, entre otras posibilidades.

Me pregunto si, al poder localizar objetos tan masivos que antes nos eran invisibles, podemos ampliar el uso de lentes gravitatorias para la observación con telescopios del universo profundo.

Francisco R. Villatoro

Jusore, no entiendo bien tu pregunta. ¿Preguntas si los nuevos agujeros negros de masa estelar por encima de 20 masas solares se pueden usar como lentes gravitacionales? No, no se pueden usar como tales, pues se encuentran muy lejos. Solo si se encontraran muy cerca (algo muy improbable con las estimaciones de LIGO) sería posible.

pascual Antonio Buonopascual Antonio Buono

Los neutrones no poseen campo magnético direccional? es decir no se unen entre si, por lo tanto que significa una estrella de neutrones?

Francisco R. Villatoro

Pascual, los neutrones son fermiones, luego tienen un momento magnético, pero esa no es la causa de la estabilidad de las estrellas de neutrones. Como los neutrones son fermiones pueden formar un estado de la materia estable gracias a la presión de degeneración debida al principio de exclusión de Pauli (el mismo fenómeno que actúa sobre los electrones y que permite la formación de una enana blanca). El límite superior para la masa de una estrella de neutrones es menor de 3 masas solares, pero no se sabe calcular (entre otras razones porque no sabemos bien cuál es la estructura de capas internas de estas estrellas).

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