Candidato a fusión de agujeros negros a 18 600 millones de años luz de distancia

El pasado 6 de julio de 2019, LIGO-Virgo O3 observaron el candidato a onda gravitacional llamado S190706ai. Una fusión de agujeros negros ocurrida a 5.7 Gpc (gigapársecs), o 18 600 millones de años luz de distancia. Lo has leído bien, nuestro universo tiene una edad de 13 800 millones de años, pero su radio se estima en 46 500 millones de años luz (la razón es la expansión del espaciotiempo). Si se confirma, su valor p se estima en 2 × 10−9, será la fusión de agujeros negros más lejana observada hasta el momento (que ocurrió hace unos 7000 millones de años). LIGO-Virgo han incrementado el volumen de universo observado gracias a su incremento en sensibilidad en O3; en concreto el incremento en volumen es igual al cubo del incremento en sensibilidad.

Hasta el momento, el sistema de alarma de ondas gravitacionales solo publica la posición en el cielo estimada para la fuente, así como la probabilidad de falsa alarma (o valor p) de cada candidato; así como la probabilidad de que sea una fusión de agujeros negros (99% en este caso), fusión de estrellas de neutrones o  fusión de agujero negro y estrella de neutrones. No se publican ni el perfil de la onda, ni la estimación provisional de sus parámetros. Más información sobre S190706ai en GraceDB.

Más información sobre candidatos en el LIGO-Virgo O3 en «LIGO-Virgo observa el primer candidato a fusión de agujero negro y estrella de neutrones (S190426c)», LCMF, 28 abr 2019. Como es obvio, me haré eco de los artículos en los que se publiquen los análisis detallados de estos candidatos (supongo que empezarán a publicarse el próximo septiembre).

También se han observado otros candidatos a fusión de agujeros negros, como S190707q. Una fusión de agujeros negros muy cercana, se estima una distancia de 800 Mpc, unos 2600 millones de años luz de distancia. Gracias a ello su valor p es muy pequeño, se estima en 5 × 10−12. Por tanto casi seguro esta onda gravitacional será confirmada. Sin embargo, hay que dejar claro que algunos candidatos a onda gravitacional podrían ser descartados; un análisis detallado podría desvelar algún problema que descartara dicha señal.

Esta figura muestra la planificación actual del LIGO-Virgo O3, al que se tendría que unir KAGRA, junto la estimación de la distancia máxima esperada para la detección de fusiones de estrellas de neutrones. El valor de LIGO está entre 105 y 130 Mpc porque se irá mejorando durante el O3.



24 Comentarios

  1. Perdón, a lo mejor es que yo no he entendido bien algo, pero creo que puede inducir a confusión la explicación. Entiendo que lo que quieres decir es que el lugar donde se produjo, o el objeto que produjo esas ondas gravitacionales está ahora a 18600 millones de años luz (o 18.6 giga light year: Gly), pero cuando se produjo estaría a menos de 13800 Gly de donde estamos ahora (o donde estábamos cuando detectaron la fusión), porque entiendo que las ondas gravitacionales no pueden haber estado viajando 18.6 giga años, si inflación ocurrió hace 13.8 giga años.
    Tambien creo entender pues que con el volumen del univeso observado te refieres al universo observado con ondas gravitacionales.

      1. Pues algo no entiendo entonces, para la segunda afirmación, por lo que defines como universo observable. Tengo entendido que suele llamarse horizonte del universo observable al lugar donde estarían ahora «objetos» que emitieron su luz en un z~ 1100, es decir el plasma que emitió la radiación de fondo de microondas. Para un objeto que ahora está a una distancia comovil de ~18.6 Gly a mi da alrededor de z 2.4, y obviamente detectamos cosas mucho más lejanas (aparte del FCM). Uso http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html

        1. Lo siento me expreso fatal y esto de no poder editar los mensajes… Quiero decir los «objetos» que emitieron su luz hace 13.8 Gly, se han seguido alejando, y que medimos con un z de 1100, estarían ahora a los ~46.5 Gly. Tampoco me cuadran las cuentas para un objeto cuya luz ha viajado durante 7Gly sean ~18.6 Gly de distancia comovil. Como dice Juan Carlos para ese tiempo de viaje de la luz el cálculo da z ~0.9

  2. Una observación, Francis.
    En cosmología se pueden definir varias distancias, y hay que tener claro de la que hablamos. Como bien apunta Victor Linares la fuente esta AHORA a 18600 Mal, estando mas cerca cuando se emitio la onda gravitacional hace unos 7000 millones de años. Con los valores estándar hoy aceptados de la constante de Hubble, y las omegas de materia y de vacio, esta fuente me da un corrimiento al rojo de 0,88, un tiempo de viaje de 7200 millones de años y la distancia que comentas, siendo esta distancia la de LUMINOSIDAD.
    Sin embargo la distancia comovil me da unos 9800 Mal.
    Por eso corrígeme si me equivoco, Francis: ¿No seria mas correcto dar la distancia comovil, por ser esta la distancia «mas verdadera»? De hecho, para un corrimiento al rojo de 1100 (la radiación de fondo de microondas) la distancia comovil es 45600 Mal, casi la que citas Francis para el universo, pero la de luminosidad seria nada menos que de 50200 Gal, una barbaridad.
    Osea, creo que es un poco confuso citar para el universo 46500 Mal (sin especificar que tipo de distancia es, que en este caso es comovil) y luego citar para esta fuente 18600 Mal que en este caso es distancia de luminosidad, con lo que no es comparable con la anterior.
    Dime Francis si me equivoco en algo o estas de acuerdo con lo que he expuesto. Gracias.

  3. Desde mi admiración a la labor de Francis, yo también (respetuosamente) opino que el título del post “Candidato a fusión de agujeros negros a 18 600 millones de años luz de distancia” no es muy afortunado y confunde más que informa.
    Del análisis de la señal de la onda gravitacional captada por los interferómetros, el parámetro que se deduce directamente es la distancia-luminosidad en este caso 5700 Mpc, que cambiando de unidades (multiplicando por 3.26) equivale a una distancia-luminosidad de 18600 Mal (millones de años luz).
    A partir de ese número las Ecuaciones de Friedman nos dan el factor de escala, en este caso se obtiene el valor a=0.5355 (En el momento de la fusión de la pareja de agujeros negros, las distancias a gran escala del universo eran el 53.55% de las actuales)
    Lo que más se asemeja a lo que nosotros entenderíamos por “la distancia actual” es imaginar que ahora paramos la expansión del universo, cogemos una cinta métrica y medimos la distancia de la Tierra al agujero negro fruto de la fusión. Obtendríamos 18600·0.5355=9960 millones de años luz. Esa es la distancia a comparar con los 46500 Mal de radio del universo observable, de ninguna manera los 18600 Mal correspondientes a distancia-luminosidad.
    El resto de cifras cosmológicas del evento son:
    Tiempo cósmico en el que se produjo la fusión de la pareja de agujeros negros, tc=6440 Ma, (el universo tenía 6440 millones de años de edad) Y en ese momento la distancia de la pareja de agujeros negros a nosotros era mucho menor que los 9960 Mal de ahora, era de 5330 Mal.
    Como la edad del universo es de 13800 Ma, la onda gravitacional ha estado viajando desde que se emitió durante 13800-6440=7360 millones de años, hasta que ha conseguido alcanzarnos ahora.
    Saludos.

  4. Buenas.

    No entiendo bien lo de la distancia de Luminosidad. ¿No se usa supuestamente para comparar magnitudes en supernovas?. Es decir, comparando magnitudes se obtiene la distancia de Lumiosidad. Pero mi duda en este caso es si la distancia indicada es Distancia de Luminosidad o comóvil.
    Tampoco veo el dato de la z por ningún lado, cosa que despejaría las dudas. Si z es de 0.88, como dice Juan Carlos, entonces es Ditancia de Luminosidad, pero si es distancia comóvil, z debería valer 2.3 (aprox)

    Un saludo

    1. Los interferómetros, (LIGO, VIRGO, el futuro KAGRA, …) captan la señal de la fusión. A partir de sus amplitudes y sus frecuencias lo que se obtiene por cálculo directo es la distancia-luminosidad, en este caso 5700 Mpc.
      Para fuentes electromagnéticas la distancia-luminosidad se obtiene a partir de la luminosidad intrínseca del objeto y del flujo luminoso que recibimos, teniendo en cuenta que hay una atenuación proporcional al cuadrado de la distancia, mira en la Wikipedia “Luminosity distance”
      Del mismo modo, de la intensidad de la emisión de energía gravitacional y de la amplitud de la onda gravitacional cuando nos llega a nosotros, se obtiene la distancia-luminosidad de la fuente de GWs.
      A partir de aquí, ya no hay medidas, hay que aplicar las ecuaciones del modelo Lambda-CDM para calcular el resto de parámetros. El primero a calcular, el más básico y fundamental es el factor de escala, que para este caso sale a=0.5355
      A partir del factor de escala se calculan fácilmente el resto de parámetros. En particular, si quieres el desplazamiento al rojo de una fuente de luz que nos emitió ondas electromagnéticas cuando al Universo le correspondía el factor de escala “a” es tan fácil como calcular
      z = (1 / a) – 1
      En este caso se obtiene z=0.8674
      Saludos.

  5. Ok Albert. He repasado los cálculos y me da justo igual que lo que te da a ti. Por mi doy el tema por aclarado.

    Además, ahora repasando he visto que lo publicado en este mismo blog por Francis el 11 de febrero de 2016,
    cuando se detecto la primera onda gravitacional, allí se cita la distancia de 410 Mpc, o 1300 Mal, pero se dice claramente en la tabla que es DISTANCIA LUMINOSIDAD. Luego queda claro que también aquí, aunque no se especifique, esos 18600 Mal son distancia luminosidad.

    No obstante sigo opinando que la verdadera distancia es la comovil (o mejor dicho distancia propia).
    O sea que para mi lo mas correcto es decir que esta a 9900 Mal, aunque lógicamente sin ser dogmáticos pues las distancias dependen del modelo cosmológico empleado y datos empíricos futuros mejores pueden cambiar nuestro modelo cosmológico estándar actual.

    1. Dice Albert: «… Lo que más se asemeja a lo que nosotros entenderíamos por ‘la distancia actual’ es imaginar que ahora paramos la expansión del universo, cogemos una cinta métrica y medimos la distancia de la Tierra al agujero negro fruto de la fusión. Obtendríamos 18600·0.5355=9960 millones de años luz …»

      Dice Juan Carlos: «… sigo opinando que la verdadera distancia es la comóvil (o mejor dicho distancia propia). O sea que para mi lo mas correcto es decir que esta a 9900 Mal …»

      Bueno, está claro que en esto también estamos de acuerdo, saludos.

      1. Hola, solo soy un aficionado a estos temas, pero creo que la relación que usas entre distancia luminosidad (dl) y diatancia comovil (dc) se refieren al suceso, en este caso a la fusión de agujeros negros. Es decir los 9900 Mal corresponderían al suceso, y no a donde se pueda encontrar ahora el agujero negro resultado de la fusión. Si el agujero negro producto de la fusión hubiera seguido unicamente la expansión, ¿ No se encontraría en el centro de la esfera que constituye el frente de ondas de la perturbación producida por la fusión? ¿Y no sería dl el radio de esa esfera?.
        Con muchas dudas es como yo lo veo.
        Gracias.

        1. Migue dice: «… los 9900 Mal corresponderían al suceso, y no a donde se pueda encontrar ahora el agujero negro resultado de la fusión…»
          No. Los 9960 Mal es la distancia actual al agujero negro resultado de la fusión. Ya he explicado en un post anterior que la fusión se produjo hace 7360 millones de años, cuando la distancia era de 5330 Mal.
          Saludos.

          1. Pues yo me estoy haciendo un lio que no veas.
            Antes dijiste:
            «A partir de ese número las Ecuaciones de Friedman nos dan el factor de escala, en este caso se obtiene el valor a=0.5355 (En el momento de la fusión de la pareja de agujeros negros, las distancias a gran escala del universo eran el 53.55% de las actuales)»
            O sea, que con esto entiendo que en el momento de la emisión de la señal, la distancia era un 53,55% de la actual, osea 18600·0.5355=9960 (Mal), que es la distancia comóvil. La distancia actual «real» sería la DL (18600).
            Pero claro, si tomamos z=1100 para el CMB, las distancias ya se disparan. La comóvil es de 46000 Mal y la «real» actual sería de 50 billones de años-luz (???)

          2. Albert dice: “A partir de ese número las Ecuaciones de Friedman nos dan el factor de escala, en este caso se obtiene el valor a=0.5355 (En el momento de la fusión de la pareja de agujeros negros, las distancias a gran escala del universo eran el 53.55% de las actuales)”
            Eso es correcto, por eso como la distancia actual es 9960 Mal he multiplicado por 0.5355 para obtener la distancia que nos separaba en el momento de la fusión hace 7360 millones de años, que era de
            9960 · 0.5355 = 5330 Mal
            La distancia-luminosidad que se obtiene del análisis de la onda gravitacional medida, DL=18600 Mal, no es una distancia “real”, para obtener la distancia actual hay que aplicar una fórmula. La fórmula varía según cual sea la curvatura del universo. Para un universo euclídeo como parece ser el nuestro, la fórmula es tan sencilla como:
            Distancia-luminosidad x Factor de escala = Distancia actual
            Eso es lo que he aplicado para calcular la distancia actual, (que unos textos llaman “propia” otros “comóvil”, en fin un lío de nombres,…)
            18600 x 0.5355 = 9960 Mal
            Como ves Juan Manuel, no hay ningún lío 🙂 es solo la aplicación de una fórmula que seguramente no conocías lo que te ha confundido.
            Si estás interesado en estos temas, puedes ver cálculos similares en otros casos, y abundantes explicaciones en el apartado de “Relatividad y cosmología” de “La web de Física”
            Saludos.

          3. Lamento ser tan pesado jaja, pero yo entiendo por distancia comóvil a la distancia que no cambia debida a la expansión. Es decir, si dos objetos permanecen inmóviles en un espacio en expansión, su distancia comóvil permanecería cte, mientras que su distancia propia es la que se incrementa con la expansion.
            https://en.wikipedia.org/wiki/Comoving_and_proper_distances
            La fórmula que pones «Distancia-luminosidad x Factor de escala = Distancia actual»
            es la de la distancia comóvil cuando la curvatura es 0:
            Dl = (1+z)Dm, a = 1/(1+z)
            «In a spatially flat universe, the comoving transverse distance DM is exactly equal to the radial comoving distance DC, i.e. the comoving distance from ourselves to the object.»
            https://en.wikipedia.org/wiki/Luminosity_distance

            Por eso, yo entiendo como distancia «real» a la propia (comóvil * (1+z)),es decir DL.

            Cuando dices «9960 · 0.5355 = 5330 Mal» ya me pierdo de nuevo. Ya multiplicaste por 0.535 para obtener 9960 Mal :»18600·0.5355=9960″

            Un saludo

          4. Perdona que sea tan pesado jajaja.

            Yo entiendo por distancia comóvil y distancia propia lo que pone en la wiki:
            https://en.wikipedia.org/wiki/Comoving_and_proper_distances

            Osea, la distancia comóvil es la que permanece constante entre dos objetos en reposo mientras el espacio se expande.
            La fórmula que pusiste antes «Distancia-luminosidad x Factor de escala = Distancia actual»
            es la de la distancia comóvil cuando la curvatura es 0:
            Dl = (1+z)Dm, con a = 1/(1+z)

            https://en.wikipedia.org/wiki/Luminosity_distance

            y por otro lado, creo que has multiplicado 2 veces por el factor de escala:
            «18600·0.5355=9960 Mal» y luego «9960 · 0.5355 = 5330 Mal»

            Por todo ello yo creo que la distancia «real» (la que mediríamos actualmente con una cinta métrica lo suficientemente larga) es Dl, pero claro, cuando ya hablamos del universo obbservable, siempre sale el dato de los 46000 Mal, que es la distancia comóvil de un objeto con z 1100 y que corresponde a una Dl de 52 billones de al, así q ya no estoy tan seguro.

            Un saludo y gracias por tu tiempo

  6. Bueno Juan Manuel, dale un par de vueltas más al tema, consulta algún buen libro de Cosmología y al final tú mismo te convencerás que lo que hemos dicho en los comentarios anteriores Juan Carlos y yo es lo correcto.
    Saludos.

  7. Perdonad, al ver que mi comentario no salia, pensé que no le había dado bien y lo reescribí, por eso sale 2 veces.

    Perdona Albert, no es que te esté discutiendo ni nada jaja, es que me cuesta entender estas cosas, parece claro que es lo que dijiste, que con distancia comóvil están indicando en su lugar la distancia «propia»

    Un saludo y gracias de nuevo 😉

  8. Vale, creo que lo voy pillando. Solo había tenido en cuenta que la expansión afecta al area ocupada por el frente de ondas y no que también afecta a la distancia entre fotones en la dirección de propagación lo que tambien disminuye el flujo(f), con lo que f=L/2*pi*a^2*R.

    Donde L es la luminosidad, a el factor de escala y R la disntancia al suceso en el momento de ocurrir. Y la distancia luminosidad se define como a^2*R, y la distancia comovil como a*R.

    No?

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 15 julio, 2019
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science
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