LIGO detecta ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros

Por Francisco R. Villatoro, el 11 febrero, 2016. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Relatividad • Science ✎ 107

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.9.17arXiv: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.

Dibujo20160211 PRL LIGO paper figure signal observed aps prl

Esta figura muestra las señales observadas.

Dibujo20160211 PRL LIGO paper black hole parameters aps prl

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.

Dibujo20160211 PRL LIGO paper figure ring-down signal observed aps prl

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.

Dibujo20160211 PRL LIGO paper schematic experiment aps prl

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?



107 Comentarios

    1. Luis, las ecuaciones de Einstein para la gravedad en el espacio (sin tiempo) son ecuaciones de campo (elípticas), pero en el espaciotiempo son ecuaciones de onda (hiperbólicas), por tanto, predicen la existencia de ondas del propio tejido del espaciotiempo; se realiza una foliación (se elije un eje para el tiempo) y se observa la propagación de ondas del espaciotiempo que se mueven como ondas transversales en el espacio.

  1. Que artículo más temprano!, Felicidades.
    Una observación: no creo que observaciones futuras puedan mejorar la precisión de esta fuente en concreto, ya que después de la coalescencia la fuente habrá cesado de emitir ondas gravitacionales. Abrazos.

  2. Estoy siguiendo la rueda de prensa con interés. Aún así, una cuestión no me queda clara al cien por cien: ¿De qué manera afecta este descubrimiento a la percepción habitual y clásica que tenemos del tiempo?

  3. ¡Que gran día!

    Voy a decir una obviedad pero creo que es un gran momento para celebrarlo todo : )

    La descripción oficial de la detección fue mediante la observación de la fusión de dos agujeros negros de 36 y 29 masas solares que se fusionan en uno de 62 masas solares. ¡Esto es una verificación experimental de la segunda ley de la termodinámica de agujeros negros!

    Sea A(f) el área del agujero negro final, A(I) y A(II) las respectivas áreas de los agujeros negros iniciales. Luego esperamos A(f)>A(I)+A(II) , Esto implica que debemos tener M(f)>M(I)+M(II) donde M es la masa de cada uno de los agujeros negros.

    Sustituyendo datos tenemos simplemente (62)^2 > (36)^2 + (29)^2 3844 > 2137 ¡Lo cual es cierto!

    Que grandes tiempos para ser apasionado de la física 🙂

  4. INCREIBLE! no se que sorprende más que hayan confirmado las ondas gravitacionales, O QUE FRANCIS YA TENGA UN ARTICULO TECNICO PUBLICADO EN NAUKAS!

    Realmente impresionante la confirmación de las ondas gravitacionales, me atrevo a decir que este avance ES MÁS IMPORTANTE QUE EL DESCUBRIMIENTO DEL BOSON DE HIGGS

  5. ¡Increíble! Lo que Einstein hubiese disfrutado si estuviese hoy aquí para ver esta presentación. Después de disfrutar en directo de la rueda de prensa uno se queda impregnado de la emoción de un equipo de científicos que han logrado algo increíble. La emoción de Kip Thorne (el autor del libro que me abrió las puertas al increíble mundo de la ciencia) y del equipo de LIGO era más que evidente. Después de tener que tragar diariamente con ruedas de prensa de politicuchos, tertulianos, toreros y payasos de la prensa rosa disfrutar de la emoción de un equipo de científicos que han trabajado duro para hacer historia y abrir toda una nueva ventana de exploración del Universo te hace sentirte orgulloso de la raza humana. La ciencia demuestra que cuando se une la colaboración, el esfuerzo, la ilusión, la tecnología y la Física el ser humano es digno de ser quizás, la única especie que existe capaz de descubrir las leyes más profundas del Universo. Para la mayoría, este evento solo significará (con suerte) 10 segundos de telediario, para los científicos y los amantes del avance del conocimiento significa un enorme impulso y motivación en la búsqueda más ambiciosa y trascendente a la que un ser humano puede llegar a aspirar.

    1. Francis hace muy bien en llamar la atención hacia el hecho de que es una ventana hacia otra faceta del universo. Ahora tenemos la certeza de esos objetos astrofísicos candidatos a agujeros negros, realmente son agujeros negros.

      Ahora comienza la época de mirar al universo de otra manera.

      1. Cierto Ramiro, según las simulaciones numéricas la señal encajaría perfectamente con la emisión producida por la coalescencia de 2 agujeros negros. Por si alguien tenía alguna duda los objetos más increíbles del Universo, predichos por la RG de Einstein existen realmente y en su interior esconden los secretos de la naturaleza del espacio-tiempo. Hoy es un gran día para la ciencia, unos pequeños seres que habitan en un pequeño pedrusco alrededor de una estrella común son capaces de “escuchar” los sonidos producidos por estos monstruos hace más de mil millones de años, cuando aquí apenas había surgido la vida celular. Una vez más, la realidad supera la ficción.

  6. Y la segunda en hablar es una argentina, la Dra. Gabriela González, un orgullo, y es una prueba de que las investigaciones en la frontera del conocimiento se hace a nivel internacional, no hay opción.

  7. Una pregunta (si es una burrada pido disculpas, mi conocimiento del tema es más que limitado): Si tras el bing bang huvo una inflación ¿sería posible que detectasemos ahora o en un futuro las ondas gravitacionales generadas por él, u observar el efecto del paso de su “frente de ondas” a través, por ejemplo, de una galaxia (como si las estrellas fuesen como bolas sujetas a lo largo de un muelle)?¿o la inflación también afectaría a la velocidad de las ondas gravitacionales?
    Gracias por la paciencia y un saludo!

    1. Daniel, por supusto, lo lograremos. La manera más sencilla es indirecta (los modos B en la polarización del fondo cósmico de microondas). Un proceso muy complicado, que quizás requiera nuevos telescopios espaciales (pero ya se están diseñando y solo falta la aprobación de su financiación para que sean lanzados en la década de los 2030). La detección directa es imposible porque son ondas muy, pero muy débiles.

      Por otro lado, no, la inflación (o expansión del universo) no afecta a la velocidad de las ondas gravitacionales, pero sí afecta a su longitud de onda (o frecuencia) que se estira. Todo en el espaciotiempo se propaga a la velocidad de la luz en el vacío, todo (aunque las partículas con masa se muevan en el espacio a menor velocidad que la luz en el vacío).

      Saludos
      Francis

  8. ¡Increible Francis! Aun estoy intentando digerir la noticia y tu ya nos has hecho un resumen.
    La rueda de prensa (realmente mas que eso) ha tenido una espectacular puesta en escena (artilugios y clip de video incluidos). !Un aspecto sobre el que tenemos que aprender! ¡Como envidio en este aspecto (y otros) a los americanos (aunque algunos de los que hayan hablado no sean)!

  9. En la explicación que ha dado Kid en la rueda de prensa ha comparado las posibilidades de usar para medir OG: el método de LIGO , el de satelites en órbita (LISA) y también ha puesto radiotelescopios y creo que ha dicho que en un caso se medirían ondas de milisegundos (caso LIGO) y en los otros permitirian medir oscilaciones del Espacio Tiempo (OG) mas lentas ¿Es así? ¿Se refería a que con LISA y con Radiotelescopiso se podrian medir fenómenos menos violentos? (imagino que interacciones entre agujeros negros mas pequeños, o colisiones de estrellas de neutros). ¿Alguien me lo puede (y quiere) aclarar? Gracias

    1. Guillermo, en esta figura (enlace) tienes las frecuencias de las diferentes ondas gravitacionales y la sensibilidad de los posibles detectores que las pueden detectar. Hay un rango de 25 órdenes de magnitud para la frecuencia de las ondas gravitacionales y multitud de objetos físicos (muchos aún especulativos) que pueden producirlas. Te recomiendo leer a Gabriela González, Alicia Sintes, “Ondas gravitacionales: mensajeras del universo”, REF, 29(4) 2015.

  10. A la pregunta de Luis, que han respondido diciendo:

    «Son deformaciones del propio espaciotiempo». Y al propio artículo en sí. ¿Podría alguien en un comentario explicar, si es posible, la noticia para gente que no tenemos ni idea de ciencia? Básicamente entiendo que «se han confirmado» los agujeros negros y que es algo importante este hallazgo.

    Gracias por adelantado.

    1. Anónimo, exactamente, lo más importante de la noticia es que hemos confirmado que los agujeros negros existen. Hasta ahora teníamos indicios de que había materia alrededor de unos cuerpos, materia que emnitía radiacíon y que parecía comportarse como si dichos objetos fueran agujeros negros; también teníamos indicios de que había estrellas que rotaban alrededor de objetos muy compactos e invisibles que tenían masas enormes (millones de masas solares), pero no sabíamos si eran agujeros negros como los predichos por la teoría.

      Observar un agujero negro significa observar su horizonte de sucesos. Observar el disco de acreción no es lo mismo. Y hasta ahora sólo habíamos observado la radiación del disco de acreción. La nueva observación de dos agujeros negros que se fusionan es una observación directa de sus horizontes de sucesos fusionándose con la única forma con la que podemos realizar dicha observación, con ondas gravitacionales.

      Ayer observamos de forma directa dos agujeros negros. Ayer descubrimos los agujeros negros. La física de los agujeros negros ya puede recibir todos los galardones, incluido el Nobel.

      1. Gracias por responder.

        Ya he ido leyendo más y voy alcanzando a comprender mejor este hito.

        ¿No le resulta a nadie abrumador que esas ondas hayan viajado durante 1.300 millones de años? Es una auténtica locura. Eso da para acabar con la vida de varias especies en un mismo planeta, véase el nuestro mismamente. Es algo que te hace ver que somos prácticamente como organismos unicelulares en el universo. O menos incluso.

  11. ¿Se ha podido determinar si los gravitones tienen masa? ¿La diferencia de tiempo entre las dos detecciones es igual o inferior al tiempo que tarda un rayo de luz entre los dos detectores?

    1. Ferrán, no hemos observado los gravitones aún, pero suponiendo que existan, todo indica que no tienen masa (dentro de los límites de error experimentales de la nueva observación). Hasta donde se ha podido medir, coincide con la velocidad de la luz en el vacío (unos 7 ms en unos 3300 km).

  12. Mientras curraba he estado escuchando la rueda de prensa y ha habido momentos que se me ha puesto la piel de gallina.
    Todo lo relacionado con la geometría del espacio tiempo es bellísimo.

    Existe un idioma que tiene una sola palabra para el espacio-tiempo, es el Quechua… Dicen “Pacha”

    1. Cierto, Natanael, pero en este caso hay un factor importante a tener en cuenta. El sistema de inyección de ondas gravitacionales ficticias todavía no se había activado cuando se observó esta señal (se debería haber activado el 18 de septiembre cuando oficialmente se inició la toma de datos). Esta señal se observó en fase de pruebas. Por ello hubo un gran revuelo en la colaboración.

      Recomiendo leer “14 de Septiembre de 2015: Así es como lo recordamos” del UIB GRG. Cuenta cómo vivieron el anuncio interno dentro de LIGO y cómo sabían que no era un BIg Dog.

    1. Luis, las ondas gravitacionales y la gravedad las produce la energía. La materia oscura está formada por partículas que interaccionan débilmente entre sí luego es muy difícil (casi me atrevería a decir que imposible) que formen objetos compactos que puedan radiar ondas gravitacionales de forma eficiente. Así que la materia oscura y la materia ordinaria no tienen nada que ver con las ondas gravitacionales radiadas por agujeros negros en fusión.

  13. Disculpad mi ignorancia, pero alguien me puede aclarar la unidades de las gráficas:
    Strain 10-21¿? vs t (s)
    Gracias de antemano y felicidades a todos por este evento histórico

    Salud y suerte

  14. Porque los datos numéricos concuerdan a la perfección con el fenómeno supuestamente registrado. Si se diera la extraordinaria casualidad de ser otro fenómeno de la naturaleza no previsto (que todo es posible) sería algo así como ver que te has dejado la luz de la cocina encendida, y al acercarte , descubrir que se trata de un pepino incandescente que ha escapado de la nevera. Tendrías que replantearte lo que sabes sobre los pepinos.

  15. Muchas gracias Francis. Tengo 10 preguntas para hacer, pero esperaré a que leas el paper en Physical Review Letters, (¿cuando lo publican, mañana?), y que nos hagas el resumen, pues supongo que muchas de mis dudas encontrarán respuesta ahí.
    Gracias de nuevo y saludos.

  16. Espero que no acabe siendo otro fiasco como lo fue BICEP2. De no ser asi, felicidades a la gente de LIGO. Hoy es un día histórico, el comienzo de algo que seguro nos deparará muchas sorpresas, y parece que hay un Nobel esperando.

    1. U-95, lo será si no se observan más ondas gravitacionales. Por fortuna, por lo que cuentan algunos medios, ya se han observado otras 4 ondas gravitacionales (menos intensas) entre septiembre y enero. Cuando se publique su análisis se eliminarán todas las dudas que ahora mismo muchos escépticos tienen. Por supuesto, la prueba de fuego será cuando AdvVirgo empiece a tomar datos el próximo año junto a AdvLIGO y se produzcan observaciones simultáneas. La ciencia es así y debe ser así.

      Saludos
      Francis

  17. Un día glorioso para la Ciencia (y para tirar definitivamente la TV a la basura, …Internet te da a elegir lo que quieres…).
    Ya habéis dicho casi todo, pero añadiré cosas aquí no escritas:
    -Énfasis en crear una red de telescopios de ondas gravitatorias (hay un concepto llamado Event Horizon Telescope creo…). VIRGO, KAGRA, LIGO India, …¿Y tal vez China se quiera sumar al carro también rápido?
    -Énfasis en lo que esto supone para Astronomía, Astrofísica y Cosmología fundamental.
    -Énfasis en las repercusiones teóricas de este descubrimiento (todas las teorías que digan que los agujeros negros no existen, que aún existen, hay que tirarlas ya a la basura, aunque aún queda descubrir de qué está hecho un agujero negro y sus grados de libertad microscópicos fundamentales, aún desconocidos).
    -Otros experimentos futuros: LISA, eLISA, LISA pathfinder, Einstein Telescope, y futuros telescopios nos ayudarán a comprender la naturaleza de los objetos compactos…
    -Implicaciones cuánticas: masa del gravitón acotada.
    Seguro que en el futuro habrá data mining sobre ondas gravitatorias. Estudiar su polarización se antoja algo muy interesante, así como otras de sus propiedades…

    1. La teoría de Einstein predice que las ondas gravitatorias se propagan a la velocidad de la luz, …Como cualquier otra señal física. Si la realidad es siempre consistente con la relatividad especial, C es el límite de las señales físicas. Además del fotón y del gravitón, el gluón también tiene masa cero. Así que tenemos ahora mismo partículas con espín uno y dos “sin masa” en el contexto relativista especial Y general (este último localmente minkovskiano e invariante Lorentz). La cota que ponen al gravitón, es consistente con que la velocidad de la luz es la velocidad de las ondas gravitatorias entre los dos detectores…Hasta donde he podido entender…Y aún me falta, que he tenido una semana complicada…

      1. Una cuestión.

        Si las ondas gravitacionales van a la velocidad de la luz, ¿no hay algo que influya de algún modo, por lo menos al principio? Quiero decir, los agujeros negros se supone que atraen todo, hasta la luz. ¿Cómo escapan las ondas a ellos? ¿O se forman a una distancia que no son capaces de atraerlas? ¿O no las atraen sencillamente? ¿O cómo va eso? Jeje.

      1. Diana, tienes razón, las mediciones más precisas de la velocidad de las ondas gravitacionales requieren usar distancias enormes, por ello, cuando se observen sistemas binarios de estrellas de neutrones de forma simultánea con telescopios espaciales de rayos gamma y detectores de ondas gravitacionales se podrá estimar la velocidad de las ondas gravitacionales con una error muy pequeño (de millonésimas o incluso milmillonésimas). Sin embargo, lo que se publicó ayer incluye una medida de la velocidad de las ondas gravitacionales usando solamente dichas ondas, sin necesidad de recurrir a otros telescopios.

        Saludos
        Francis

    2. Alvaro, la observación de los dos detectores de LIGO que están separados unos 3300 km de distancia indica que las ondas se han propagado a la velocidad de la luz en el vacío; por supuesto, con una sola observación el error es grande; futuras observaciones permitirán acotar este error. Pero todo indica que se propagan a la velocidad de la luz en el vacío y que los gravitones tienen masa nula.

      Saludos
      Francis

  18. Sí, lo importante es que estamos midiendo a un horizonte de sucesos que vibra y se retuerce, estamos midiendo al horizonte de sucesos como entidad. No me cabe duda ahora que toda la información queda registrada en el horizonte de sucesos, vibrando y oscilando en la configuración del mismo, hasta la partícula más nimia deja su huella en él.

  19. Francis
    las ondas gravitacionales se producen debido a la aceleración de un cuerpo, a mayor masa y aceleracion del cuerpo mayor ondas,
    por que un cuerpo acelerado produce ondas?
    porque pierde materia que se tranforma en energia y esa energia produce ondas en el espacio tiempo?
    se conocera mejor estas ondas cuando haya un teoria cuantica del espacio tiempo?

    1. Yo entiendo poco, pero hay una cosa que me confunde por encima de las demás: tenía entendido que nada podía escapar del horizonte de sucesos, pero sin embargo veo que los agujeros pierden masa en su fusión, lo que implica que emiten energía (en ondas gravitatorias) que sí escapa… ¿Alguien me lo puede aclarar?

      1. Javier, por un lado, el espaciotiempo alrededor del agujero negro es el que vibra en forma de onda que se propaga y no abandona el interior de los agujeros negros sino que ya está fuera de ellos; por otro lado, hay un fenómeno llamado radiación de Hawking por el que los agujeros negros radian gravitones y pierden masa en los procesos de fusión de agujeros negros. Mucha gente piensa que la radiación de Hawking son fotones, pero olvida que en su mayor parte son gravitones (ondas gravitacionales).

        Saludos
        Francis

        1. Gracias Francis, pero me temo que me dejas igual. Aunque sea el espacio-tiempo exterior el que vibra, esa masa/energía ha tenido que salir del horizonte de sucesos, ya que el agujero negro fusionado tiene menos energía que la suma de los previamente existentes. Y la radiación de Hawking, que como dices emite gravitones, no parece suficiente para emitir semejante cantidad de energía en un agujero negro tan grande/frío… entiendo que hay que renunciar a la idea de “negro”, como hace el propio Hawking, aunque no sepamos qué poner en su lugar.
          Qué “objetos” tan fascinantes… y que logró mayúsculo haberlos detectado de forma directa.

    2. Esto no es nada parecido a una respuesta, sino que me uno a tu pregunta, Alicia. ¿Puede deberse a que al orbitar tan cerca los agujeros negros producen oscilaciones periódicas en la malla espaciotemporal, de tanta intensidad, que llegan a deformar el espaciotiempo de nuestro alrededor?

      1. Yavi, ¿a nuestro alrededor? El espaciotiempo oscila alrededor de los agujeros negros (que son espaciotiempo deformado) y la deformación se irradia como una onda a la velocidad de la luz. Esa onda llega hasta la Tierra después de haber recorrido más de mil millones de años luz de distancia como una deformación extremadamente pequeña del espaciotiempo (una millónesima parte del tamaño de un protón).

    3. Alicia, imagina dos remolinos en el mar (analogía a dos agujeros negros tipo Kerr en rotación) que dan vueltas al mar a su alrededor y que dan vueltas sobre un centro de masas común en forma espiral acercándose (analogía a la fusión del sistema binario de agujeros negros), ¿crees que se formarán olas en el mar? (pues lo mismo pasa con el espaciotiempo). Recuerda, los agujeros negros son espaciotiempo curvado, no son un cuerpo en el espaciotiempo, son sólo espaciotiempo en rotación a una velocidad enorme (cercana a la velocidad de la luz). Por poco que imagines verás que se deben formar ondas en el propio tejido del espaciotiempo sí o sí.

      Aparte debes recordar que las ecuaciones de Einstein de la gravedad son ecuaciones de onda (hiperbólico-elípticas), luego debe haber soluciones de tipo onda.

      Saludos
      Francis

      1. Mi ignorancia es enorme, pero supongo que la anaogia de las ondas planas en el agua es pobre. En el universo todo es tridimesnional y en este caso cuadridimensional, ¿no?
        Seran ondas esfericas en todo caso ¿no? aunque a nuestara mente le cueste asimilar estructuras así.

        1. J.Diaz, obviamente la analogía con el sonido o las ondas en la superficie del agua es solamente eso, una analogía. Obviamente, las ondas gravitacionales son tetradimensionales y usando una foliación (elegir un tiempo y cortes del espacio transversales a dicho tiempo) se comportan como un frente más o menos esférico (en rigor la fuente no es puntual, ni dipolar, sino cuadrupolar y el frente no es esférico, pero si te lo quieres imaginar así…).

  20. “. A finales de este año el detector Advanced Virgo (Italia) empezará a tomar datos y permitirá localizar mejor la fuente”:
    Me temo que esto no podra ser asi ya que la fuente ha dejado ya de emitir… nuevos datos sólo podrán venir de análisis mas precisos de los ya tomados por LIGO

  21. Gracias por el artículo Francis.

    Viendo la 2º gráfica empezando por el final me surge una duda. Ligo ha detectado ondas gravitacionales de la fusión de 2 agujeros negros desde unos instantes antes de fusionarse hasta que se estabiliza el nuevo horizonte de sucesos. ¿Han tenido mucha suerte para detectar justo ese momento, entre todos los posibles momentos, verdad?

    1. Daniel, por supuesto, han tenido muchísima suerte. De hecho, la onda se ha observado en el periodo de pruebas (14 Sep) justo antes de que se iniciara de forma oficial la toma de datos (18 Sep). La suerte ha sido mayúscula. Observar un evento tan energético (no sabemos cuántas veces se producen durante una década) ha sido un ejemplo ideal de serendipia en ciencia. Habrá que ver si observan otras ondas en los próximos años (dicen que ya se han observado otras cuatro señales menos claras, pero todavía no está publicado).

      Saludos
      Francis

  22. Quisiera formular dos preguntas:
    1) ¿Porqué LIGO no tiene detector en el eje Z, si las perturbaciones del espacio son tridimensionales?
    2) ¿Habrá algo equivalente al fondo cósmico de radiación en el ámbito gravitatorio?

    1. Vicario, (1) porque es imposible que lo tenga (técnicamente es imposible lograrlo) y, por otro lado, porque no es necesario que lo tenga. (2) Por supuesto, existe el fondo cósmico de ondas gravitacionales, pero aún no lo hemos podido observar (se trata de frecuencias 10^-20 a 10^-10 Hz, y se espera que IPTA (International Pulsar Timing Array) puede observarlo, de forma indirecta, algún día).

      Saludos
      Francis

  23. Una pregunta; si en los procesos de la fusion de los agujeros negros se invierte masa en excitar el espacio tiempo, ¿se puede pensar que la relajacion de estas ondas es a traves de la creacion de masa a lo largo de su recorrido, o esa onda/excitación pasa a formar parte de la estructura o energia total del universo?

    1. Gato, olvida el concepto de masa en relación a los agujeros negros (es obsoleto, aunque popular). Los agujeros negros tienen energía asociada a la curvatura del espaciotiempo (que equivale a masa vía la fórmula de Einstein), pero no pienses en un cuerpo, solo hay espaciotiempo curvado. El concepto de masa equivalente es útil si piensas que gran parte de la masa de una estrella en colapso se transforma en espaciotiempo curvado con cierta energía. Pero no se puede hablar de creación de masa (recuerda la masa en rigor es la energía del acoplamiento entre campos cuánticos, tanto vía el campo de Higgs, como vía campos no lineales como el de gluones).

      Saludos
      Francis

      1. Entiendo, osea que en este caso hay que entender dos sistemas independientes se juntan en uno solo de menor nivel energético y se radia la energia sobrante, como en una fusión nuclear.

        ¡¡Estas a tope con los comentarios!! : )

  24. Para todos:

    ¡Qué felicidad! Entre el descubrimiento del Higgs, el aterrizaje en el cometa Chury, el sobrevuelo de Plutón y ahora esto, creo que no podemos quejarnos en cuanto a avances en los últimos tiempos.

    ¿Cuál sería el efecto de esas ondas gravitacionales en la materia que se encuentra a poca distancia del evento? Supongamos que vivimos en un planeta de un sistema estelar a digamos 4 años luz del evento. ¿Qué ocurriría al llegar las ondasy sacudirse el espacio-tiempo local? Porque imagino que a esa distancia las ondas serían mucho más intensas, no?

    Otra cosa. El evento convierte 3 masas solar en energía gravitacional, ¿es de esperar que también hubiera generado energía en el campo electromagnético y pudiéramos detectar fogonazos en rayos gamma, X, ultravioleta, incluso en espectro visible?

    Si se crean más observatorios, se podría triangular mejor las señales y obtener más precisión en la posición del origen de la señal, además de aumentar la sensibilidad para captar señales de eventos más lejanos. Entonces, ¿podría determinarse esa posición con suficiente precisión para apuntar allí inmediatamente los telescopios ópticos / IR / UV / X / gamma que tenemos en funcionamiento y sacar más información del evento?

    Me bullen las ideas y las preguntas en la cabeza !

    SalU2

  25. Para todos:
    ¡Qué felicidad! Entre el descubrimiento del Higgs, el aterrizaje en el cometa Chury, el sobrevuelo de Plutón y ahora esto, creo que no podemos quejarnos en cuanto a avances en los últimos tiempos.
    ¿Cuál sería el efecto de esas ondas gravitacionales en la materia que se encuentra a poca distancia del evento? Supongamos que vivimos en un planeta de un sistema estelar a digamos 4 años luz del evento. ¿Qué ocurriría al llegar las ondasy sacudirse el espacio-tiempo local? Porque imagino que a esa distancia las ondas serían mucho más intensas, no?
    Otra cosa. El evento convierte 3 masas solar en energía gravitacional, ¿es de esperar que también hubiera generado energía en el campo electromagnético y pudiéramos detectar fogonazos en rayos gamma, X, ultravioleta, incluso en espectro visible?
    Si se crean más observatorios, se podría triangular mejor las señales y obtener más precisión en la posición del origen de la señal, además de aumentar la sensibilidad para captar señales de eventos más lejanos. Entonces, ¿podría determinarse esa posición con suficiente precisión para apuntar allí inmediatamente los telescopios ópticos / IR / UV / X / gamma que tenemos en funcionamiento y sacar más información del evento?
    Me bullen las ideas y las preguntas en la cabeza !
    SalU2

    1. Sagutxo, estamos hablando de la fusión de dos objetos compactos con un diámetro de ~220 km (36 Ms) y ~180 km (29 Ms) que se movían pocos segundos antes del suceso al 60% y al 30% de la velocidad de la luz en el vacío. Si tomamos h=1 para el suceso, como la amplitud decae como 1/r, para 4 años luz de distancia (unos 37 billones de kilómetros) es unas 37 billonésimas partes de la longitud de onda 1000 kilómetros. Es decir, los átomos que formaran la materia de dicho hipotético planeta oscilarían al paso de la onda gravitacional con una amplitud de unos micrómetros

      Por otro lado, el suceso no habrá producido radiación electromagnética salvo que haya materia cerca. El 14 de septiembre de 2015, el telescopio espacial Fermi observó una débil señal (unos 50 keV durante unos 0,4 segundos) en la región del cielo donde se encuentra GW150914. No se sabe si están relacionadas, pero en su caso sería toda una sorpresa. Ya hay un artículo al respecto: http://gammaray.nsstc.nasa.gov/gbm/publications/preprints/gbm_ligo_preprint.pdf.

      Finalmente, no, no podemos mejorar la precisión de la fuente. Para futuras fuentes en un par de años lo podremos hacer, para este suceso pasado lo que tenemos es lo que tenemos y nada más.

      Saludos
      Francis

  26. Gracias por la divulgación desinteresada del conocimiento y enhorabuena a la Humanidad porque también hace cosas magníficas, (de vez en cuando), que nos pertenecen a todos.

  27. Gracias por estos artículos que intentan explicar cosas a los que nos cuesta imaginar que es la tierra la que se mueve alrededor del sol.
    Una pregunta en relación a tu ultima respuesta; por que “para este suceso pasado lo que tenemos es lo que tenemos y nada más.” ? Si el suceso genero estas ondas, por que no seguimos escuchando la onda que viene “atrás” y la siguiente y la siguiente.
    Otra; como se sabe la “edad” de la onda captada?
    Muchas gracias.
    Saludos

    1. Enrique, un agujero negro en rotación genera ondas gravitacionales muy, pero muy débiles, imposibles de escuchar en la Tierra. Los dos agujeros negros “bailando” a casi la velocidad de la luz emitían ondas gravitacionales que hemos visto. Luego se fusionaron en un único agujero negro y hemos visto las ondas emitidas por las oscilaciones de su horizonte. Pero una vez que este horizonte recupera su forma esférica, ya no emite más ondas gravitacionales (lo hace pero son muy, muy débiles). Luego ya es imposible escuchar nada desde la Tierra.

      En cuanto a la distancia de la fuente (o la “edad” de la onda) se basa en un cálculo teórico. La amplitud decae con el inverso de la distancia; a partir de la amplitud medida se puede saber lo lejos que estaba la fuente (la forma de la onda determina el tipo de fuente y es (casi) independiente de la amplitud).

      Saludos
      Enrique

  28. Por cierto, la señal proviene de una distancia de unos 3000 millones de años luz en una dirección en el hemisferio sur del cielo donde se encuentran las nubes de Magallanes, pero como es obvio, no se encuentra en ellas (que están a unos 200 mil años luz de distancia).

    Ahora mismo tenemos un arco en cielo donde se puede encontrar la fuente. A z=0,09 en dicho arco puede haber miles de millones de galaxias; alguna de ellas será la fuente, pero Nunca sabremos cuál. Nunca. Así es la ciencia.

    Por supuesto, a partir de hoy dicha galaxia se llamará “la galaxia fuente de GW150914” (aunque nunca sepamos exactamente cuál es).

    1. Se ha detectado una fuente de rayos gamma en el mismo momento (mili segundo arriba o abajo) que las ondas gravitatorias, y viene de un punto en la zona predicha para ellas. Con la debida cautela, parece que sí se va a poder localizar la fuente con cierta precisión.

  29. Aparte del art. lo que más he apreciado de los comentarios de Francis, ha sido su explicación de “visualizar” el agujero negro, no como una masa gigantesca comprimida sino como un remolino del “tejido” espacio-tiempo con la energía correspondiente a la masa según la ecuación de Einstein “E=mc^2”.
    A partir de aquí una duda: hasta donde tengo entendido los agujeros negros rotan, lo cual concuerda con la “visualización” del remolino de espacio-tiempo. En tal caso sobreentiendo que también los agujeros negros aislados “radian” ondas gravitacionales.
    La pregunta es: ¿la explicación de que no se hayan detectado las ondas gravitacionales de agujeros negros aislados es simplemente que las mismas están por debajo de los límites de los instrumentos que como LIGO las “observan”?.
    En tal caso, ¿hay algún tipo de detector en proyecto que, se supone, será capaz de detectarlas?.

  30. Lo primero es apuntarme al regocijo por este triunfo del intelecto humano.
    Tanto del que las predijo como la de aquellos que han logrado observarlas y de paso “demostrar” la existencia de agujeros negros astrofísicos que quizás ya con esta evidencia dejan de ser fantasmas en las ecuaciones para tomar una existencia real.

    Sin haber leído todavía el artículo original (que ya tengo preparado para esta tarde…) quiero planterte varias dudas que no dudo nos responderás.
    Segúnhe podido leer, la distorsión espacial en los brazos del detector es de un diezmilésima del radio de un protón. SI se está empleando un laser con una longitud de onda que supongo en el visible o ultravioleta. ¿cómo es posible “ver” esa distorsión? Siempre he pensado que con una onda electromagnética no puedes ver cosas que sean menores que la longitud de onda de las mismas…
    Se me escapa la técnica utilizada.

    De igual modo se me escapa cómo es posible ubicar de modo aproximado la dirección del origen (vamos los agujeros negros). Por analogía con el GPS (quizás no se pùeda aplicar la analogía), con dos detectores se podría ubicar la fuente en un círculo del cielo. Conun tercero entiendo que se restringiría a dos puntos la ubicación. Entonces cómo pueden decir que la señal viene de la zona de la nube de Magallanes?

    Ya sabes, que nos gusta entender las cosas y tú nos resuelves muchas de esas dudas,.,,

    Gracias por tu trabajo de divulgación, Francis

    1. Lo conté aquí “El rumor sobre las ondas gravitacionales en LIGO”, LCMF, 18 Ene 2016: “En cada brazo de LIGO, la luz se refleja hasta 400 veces en una cavidad de Fabry–Perot” lo que permite medidas de cambios en fase muy por debajo de la longitud de onda. Y también se usan técnicas de compresión (squeezing) para medir por debajo del límite de ruido cuántico, como conté aquí “Cien veces más preciso que el límite de ruido cuántico estándar”, LCMF, 13 Ene 2016.

  31. ¿Cuál sería el efecto de esas ondas gravitacionales en la materia que se encuentra a poca distancia del evento? Supongamos que vivimos en un planeta de un sistema estelar a digamos 4 años luz del evento. ¿Qué ocurriría al llegar las ondas y sacudirse el espacio-tiempo local? Porque imagino que a esa distancia las ondas serían mucho más intensas, no?

    Me gustaría que se responda esta pregunta de Sagutxo, muchas gracias.

  32. No paro de pensar en esto y en las concecuencias que puede traer, y me surgen dudas continuamente. El haber detectado ondas gravitatorias por la colicion de 2 agujeros negros ¿Confirma la existencia de ondas primordiales? ¿o son cosas diferentes? ¿si es así seria un espaldarazo tambien a las teorias inflacionarias ?
    Gracias

    1. Luis, ¿onda primordiales originadas en la inflación? No, lo siento, no lo confirma. Pueden existir o no, pero son cosas diferentes. Hemos descubierto de forma directa los agujeros negros, que hasta ahora solo conocíamos de forma indirecta. La inflación ya está descubierta de forma indirecta por otros métodos, pero todavía no tenemos una observación directa de la inflación. Tiempo al tiempo. Pero ni LIGO ni LISA pueden aportar nada de nada sobre la inflación.

  33. Lo primero, disculpas por si no estoy haciendo las preguntas adecuadas. Soy un mero aficionado, aunque esto mismo (tal vez y sólo tal vez) haga que estas mismas preguntas sean compartidas con otros legos como yo.

    ¿Qué significa en la práctica este descubrimiento? He leído que podría demostrar la inflación del universo temprano, lo que podría ser un argumento para el universo inflacionario y, por tanto, abrir la posibilidad de un multi-verso. Aparte de esto, ¿apoya o contradice la teoría estándar? ¿Qué impacto tiene en la teoría de cuerdas? Leyendo El Universo Elegante de Brian Green, comentaba que este hallazgo tendría un impacto relevante en estas teorías, pero no alcancé a comprenderlo en toda su extensión… En resumen, ¿qué abre o qué cierra este descubrimiento?

    Gracias por este estupendo trabajo de divulgación.

    1. Angel, “¿qué significa?”, que hemos descubierto los agujeros negros; “demostrar la inflación del universo temprano” no, no aporta absolutamente nada al respecto. “¿apoya o contradice la teoría estándar?” apoya la teoría de Einstein con una precisión cercana al 99% (algo inimaginable hace pocos años, pues la mayoría de los teóricas pensaba que abría divergencias en el régimen de acoplo fuerte de la teoría de Eintein). “¿Qué impacto tiene en la teoría de cuerdas?” Ninguno. La teoría de cuerdas “predice” la teoría de Einstein. Nada ha cambiado para esta teoría. “¿qué abre o qué cierra este descubrimiento?” ver (u oír) el universo con nuevos ojos (u orejas), ver objetos que hasta ahora eran invisibles, ver todo un universo de objetos que sufren lo más salvaje que la teoría de Einstein predice. Ayer éramos sordos a este universo. Hoy empezamos a oír… ¿hay mayor impacto posible?

  34. Francis ¿deberían las ondas gravitacionales (quizá no ahora, pero a la larga) darnos información sobre gravedad cuántica (gravitones)? Por otro lado ¿será suficiente como para probar teorías alternativas de gravedad?
    Saludos

    1. Diego, según muchas teorías actuales tiene que haber señales de la gravedad cuántica en los horizontes de sucesos de los agujeros negros; cuando hayamos observado muchas fusiones de sistemas binarios de agujeros negros podremos realizar medidas de precisión que nos aportarán información que podría ser relevante para una futura teoría cuántica de la gravedad. Pero ahora mismo no lo sabemos con seguridad.

      Por supuesto, lo que ya hemos observado lo pueden explicar muy pocas teorías (clásicas) de la gravedad. El acuerdo tan perfecto con la relatividad general descarta muchas de dichas teorías que han sufrido un duro varapalo. Necesitamos observar más sucesos similares en los próximos años, pero muchas teorías caerán.

      Saludos
      Francis

  35. Wachosky, sí y no. La mayoría de los astrofísicos habla de “agujeros negros astrofísicos” y la mayoría de los relativistas hablan de “agujeros negros (verdaderos)” y “agujeros negros aparentes”, pero muchos astrofísicos tenían serias dudas de que ambos conceptos fueran idénticos y además pensaban que los “agujeros negros aparentes” eran los “agujeros negros astrofísicos” en lugar de los “agujeros negros” que LIGO ha observado.

  36. ¿Qué le ocurriría a una piedra del hipotético planeta situado a 4 años luz del evento, si sus átomos oscilan unos micrómetros? ¿Quedaría intacta por oscilar todos los átomos prácticamente a la vez? ¿Y un hipotético ser vivo, pasarían las ondas gravitacionales por él sin que lo notara, sin que las ondas afectaran a las reacciones bioquímicas?

  37. Si estas ondas tuviesen una intensidad suficientemente alta como para apreciar sus efectos visualmente, ¿qué observaríamos, a un metro patrón alargándose y encogiéndose, una fluctación del peso de 1 kg de masa, o qué otra cosa?

    1. Paco, la pregunta es difícil de contestar (por el tiempo). El metro patrón oscilaría en sus cuatro dimensiones, tanto en longitud, como en sección como en tiempo propio (habría partes del metro en las que el tiempo iría más rápido y partes en las que iría más lento). Lo mismo le ocurriría al peso de 1 kg en sus cuatro dimensiones (su masa no cambiaría, pero su centro de masas y por tanto su peso en el campo gravitatorio de la Tierra cambiaría). Por supuesto, si la amplitud de la onda es muy grande, estos efectos en los electrones de los átomos haría que muchos se desacoplen de sus núcleos y aparecerían fuerzas repulsivas que haría la materia inestable y se desintegraría (pero para esto se requiere estar muy cerca de la fuente de las ondas gravitacionales intensas).

      Lo sé, Paco, es difícil de imaginar o intuir. Pero el espaciotiempo tetradimensional es así, difícil de intuir. Como dice Kip Thorne en El País hoy mismo: “¿Cómo sería estar cerca del evento que han observado? Verías el tiempo acelerándose y atrasándose, verías el espacio estirarse y contraerse de forma muy violenta. Viajarías en el tiempo de alguna forma porque el tiempo correría hacia adelante más lento de lo normal y luego mucho más rápido, todo de forma salvaje. Es un evento muy breve solo dura una fracción de segundo. Nadie sobreviviría a un evento como este”.

      Saludos
      Francis

  38. 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

    1. 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.

    1. 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.

      1. En realidad si sabe de lo que habla amigo Francisco. No hay para que molestarse. Eso es parte de Filosofia de las Ciencias.

        Sabes, lo peor que puede hacer un fisico, es pasar que los modelos que describe el mundo y que aprende, los internalice como dogmas. Ahi estamos mal.

        En otra discusión te molestaste por que por ahi se aludio a que las ondas gravitatorias no eran un deteccion directa y tu dijiste pone el nombre que quieras como “deteccion interferometrica”, pero no entendiste el kitsh del asunto. Se te explico claramente que la señal que se detecta, se compara con una simulacion basada en la relatividad para comprobar que la clasificacion de onda es lo que es.

        Bueno ahi hay otro ejemplo. Tu ves lo que quieres ver. Lamentablemente no podemos saber mucho mas de las ondas gravitacionales de lo que hay, por que esto recien comienza. No ha pasado ningun evento cercano con observatorios convencionales para demostrar que la señal de lo que es, es.

        Por ahi esuche en una entrevista la frase: “.. los escepticos de LIGO”, como si hubiera una especie de dicotomia mental en los que tienen razon y los que no. Pero si te das cuenta es la misma comunidad cientifica que tiene todo el derecho a
        criticar todos los experimentos que se le vengan en gana.

        Que mas se puede decir .. todavia se estudia el experimento de Michelson .. el cual corre todavia en ligas muchos mejores que este de LIGO, en terminos puramente cientificos y filosoficos .. para decir tan peyorativamente “.. este señor no sabe de lo que habla”.

Deja un comentario