El posible efecto de lente gravitacional sobre las observaciones de LIGO/Virgo

Dibujo20180325 observed plane distance chirp mass arxiv 1802 05273 v2

LIGO/Virgo ha observado seis ondas gravitacionales de fusiones de agujeros negros a una distancia entre 0,07 < z < 0,18; en cuatro de ellas los agujeros negros iniciales tienen masas entre 20 y 35 M☉ (masas solares). ¿Qué pasa si se tienen en cuenta los posibles efectos de lente gravitacional a escala cosmológica? En dicho caso la señal estaría magnificada y las fuentes se encontrarían mucho más lejos, con 0,5 < z < 2,5; las masas de los agujeros negros iniciales estarían entre 5 y 15 M☉. Así lo indica un nuevo artículo de José M. Diego (Instituto de Física de Cantabria, España) y dos colegas publicado en arXiv; por cierto, la segunda versión del manuscrito tiene figuras diferentes a la primera, quizás tras el trabajo de los revisores.

¿Por qué la colaboración LIGO/Virgo no ha tenido en cuenta el efecto de lente gravitacional? Porque se esperaba que las primeras señales observadas fueran fusiones de estrellas de neutrones situadas a bajo z, para las que dicho efecto es despreciable. Además, con dos detectores no hay resolución angular suficiente para poder realizar un cálculo preciso de este efecto. Por otro lado, si el volumen explorado por LIGO/Virgo fuese entre 8 y 64 veces mayor, ¿no se deberían haber observado un mayor número de señales? No, por sorprendente que parezca, según estudios estadísticos previos realizados antes de la primera detección; aunque, no me consta que dichos estudios hayan sido actualizados tras las detecciones.

Por supuesto, hay que tomar este nuevo artículo con mucho escepticismo. Solo si futuras observaciones apuntan a la relevancia del efecto de lente gravitacional, debemos seguir asumiendo que su efecto es despreciable y que los resultados publicados por LIGO/Virgo son fiables. Lo siento, pero tres pares de ojos no pueden ver más que más de mil trescientos pares. El artículo es Tom Broadhurst, Jose M. Diego, George Smoot III, “Reinterpreting Low Frequency LIGO/Virgo Events as Magnified Stellar-Mass Black Holes at Cosmological Distances,” arXiv:1802.05273 [astro-ph.CO]. Más abajo también cito a G. P. Smith, C. P. L. Berry, …, J. Veitch, “Strong-lensing of Gravitational Waves by Galaxy Clusters,” arXiv:1803.07851 [astro-ph.CO].

Dibujo20180325 v1 vs v2 observed plane distance chirp mass arxiv 1802 05273 v2

Hay un punto que no me gusta de este artículo. Las figuras mostradas en la segunda versión son diferentes a las mostradas en la primera versión, sin que haya una discusión en el texto de la causa. Puede que sea accidental, pero creo que habría que explicar esta diferencia y el porqué los resultados mostrados en la segunda versión son más fiables.

Dibujo20180325 v1 vs v2 explored range bbh event arxiv 1802 05273 v2Por cierto, mis compañeros Nacho Trujillo y Héctor Socas-Navarro del podcast Coffee Break: Señal y Ruido me hicieron notar este artículo al poco de aparecer en arXiv. Preparé un borrador con las figuras del primera versión. Hoy iba a decidir si finalizarlo y publicarlo, o si borrarlo para siempre, cuando me encontré con el inesperado cambio en las figuras. Lo siento, pero ahora mismo lo que más llama mi atención sobre este artículo es el cambio de las figuras y no su contenido.

Dibujo20180325 initial bayestar skymap gw170814 and initial lalinference skymap gcn21493 arxiv org 1803 07851

Graham P. Smith (Universidad de Birmingham, Reino Unido) y varios colegas han estudiado el posible efecto de una lente gravitacional muy fuerte sobre las observaciones de onda gravitacionales. Para ello han buscado cúmulos galácticos que actúen como lentes gravitacionales en la dirección del cielo asociada a las señales de LIGO/Virgo. Para el LIGO Run O1, en la región del cielo de GW150914 hay tres cúmulos, en la región de GW151226 hay dos cúmulos (MACS J0140.0−0555 y MACS J1311.0−0310), y en la región de LVT151012 hay uno (RCS 0224−0002). Para el LIGO Run O2, en la región del cielo de GW170814 hay dos cúmulos (Abell 3084 y SMACS J0304.3−4401), mostrados en esta figura (izquierda, mapa BAYESTAR de GW170814 a partir de GCN21474, y derecha, mapa LALInference de GCN21493). Si la fuente de esta onda gravitacional estuviera magnificada por estos cúmulos tendría un factor de amplificación gravitacional µ ∼ 30 − 300, en lugar de µ = 1 (asumido en el análisis oficial).

Solo futuras observaciones con varios detectores (LIGO+Virgo+KAGRA+LIGO-India) podrán estimar el factor de magnificación gravitacional con precisión suficiente para decidir si es o bien µ ∼ 1, o bien µ >> 1. Hasta entonces creo que debemos seguir confiando en los análisis realizados con µ ∼ 1.

2 comentarios

Participa Suscríbete

notengoniidea notengoniidea

Desde luego, a mí ni se me había ocurrido pensar en ese efecto, lo tengo demasiado asociado a la luz.

Francis, ¿y no hay forma de encontrar en los datos algún equivalente a las distorsiones o aberraciones que las lentes causan en la luz?

Quiero decir, pequeñas alteraciones en el periodo de la señal observada que permitan detectar si ha sido “filtrada” por una lente gravitacional.

Lo digo porque me he acordado de algún artículo en el que se hablaba de la cruz de Einstein y su observación. https://francis.naukas.com/2015/03/0...va-refsdal/

Francisco R. Villatoro Francisco R. Villatoro

No, notengoniidea, no es posible observar dichos efectos, son demasiado pequeños. Con solo dos interferómetros de ondas gravitacoinales es imposible. Con tres o cuatro interferómetros, la esperanza es que sea posible que haya algún efecto observable (pero como son diferentes, LIGO 4 km, Virgo 3 km y KAGRA 3 km, la esperanza está en IndIGO (LIGO-India) 4 km).

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *