El 11 de febrero de 2016, los científicos del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) anunciaron la primera detección de ondas gravitacionales. Este desarrollo, que confirmó una predicción hecha por la Teoría de la relatividad general de Einstein hace un siglo, ha abierto nuevas vías de investigación para cosmólogos y astrofísicos. Desde entonces, se han realizado más detecciones, todas las cuales se dice que son el resultado de la fusión de agujeros negros.
La última detección tuvo lugar el 14 de agosto de 2017, cuando tres observatorios, los detectores Advanced LIGO y Advanced Virgo, detectaron simultáneamente las ondas gravitacionales creadas al fusionar los agujeros negros. Esta fue la primera vez que tres instalaciones diferentes de todo el mundo detectaron ondas gravitacionales, dando paso a una nueva era de investigación en red global sobre este fenómeno cósmico.
El estudio que detalla estas observaciones fue publicado recientemente en línea por LIGO Scientific Collaboration y Virgo Collaboration. Titulado "GW170814: Una observación de tres detectores de ondas gravitacionales de una fusión de agujeros negros binarios", este estudio también ha sido aceptado para su publicación en la revista científica Cartas de revisión física.
El evento, designado como GW170814, se observó a las 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) el 14 de agosto de 2017. El evento fue detectado por los dos LIGO de la National Science Foundation detectores (ubicados en Livingston, Louisiana y Hanford, Washington) y el detector Virgo ubicado cerca de Pisa, Italia, que es mantenido por el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) y el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN).
Aunque no es la primera vez que se detectan ondas gravitacionales, esta fue la primera vez que tres observatorios detectaron un evento simultáneamente. Como France Córdova, director de la NSF, dijo en un reciente comunicado de prensa de LIGO:
“Hace poco más de un año y medio, NSF anunció que su Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser había realizado la primera detección de ondas gravitacionales, que resultó de la colisión de dos agujeros negros en una galaxia a mil millones de años luz de distancia. Hoy, nos complace anunciar el primer descubrimiento realizado en asociación entre el observatorio de ondas gravitacionales Virgo y la Colaboración Científica LIGO, la primera vez que estos observatorios, ubicados a miles de millas de distancia, observaron una detección de ondas gravitacionales. Este es un hito emocionante en el creciente esfuerzo científico internacional para desbloquear los misterios extraordinarios de nuestro universo ".
Sobre la base de las ondas detectadas, la colaboración científica LIGO (LSC) y la colaboración Virgo pudieron determinar el tipo de evento, así como la masa de los objetos involucrados. Según su estudio, el evento se desencadenó por la fusión de dos agujeros negros, que fueron 31 y 25 masas solares, respectivamente. El evento tuvo lugar a unos 1.800 millones de años luz de la Tierra y resultó en la formación de un agujero negro giratorio con aproximadamente 53 masas solares.
Lo que esto significa es que aproximadamente tres masas solares se convirtieron en energía de ondas gravitacionales durante la fusión, que luego fue detectada por LIGO y Virgo. Si bien es impresionante por sí sola, esta última detección es simplemente una muestra de lo que pueden hacer los detectores de ondas gravitacionales como las colaboraciones LIGO y Virgo ahora que han entrado en sus etapas avanzadas y en cooperación entre ellos.
Tanto Advanced LIGO como Advanced Virgo son detectores de ondas gravitacionales de segunda generación que han reemplazado a los anteriores. Las instalaciones de LIGO, que fueron concebidas, construidas y operadas por Caltech y MIT, recopilaron datos sin éxito entre 2002 y 2010. Sin embargo, a partir de septiembre de 2015, Advanced LIGO entró en línea y comenzó a realizar dos operaciones de observación: O1 y O2.
Mientras tanto, el detector original de Virgo realizó observaciones entre 2003 y octubre de 2011, una vez más sin éxito. En febrero de 2017, comenzó la integración del detector Advanced Virgo, y los instrumentos se pusieron en línea para el siguiente abril. En 2007, Virgo y LIGO también se asociaron para compartir y analizar conjuntamente los datos registrados por sus respectivos detectores.
En agosto de 2017, el detector Virgo se unió a la ejecución de O2, y la primera detección simultánea tuvo lugar el 14 de agosto, con los datos recopilados por los tres instrumentos LIGO y Virgo. Como indicó el portavoz de LSC, David Shoemaker, investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), esta detección es solo el primero de muchos eventos anticipados.
"Este es solo el comienzo de las observaciones con la red habilitada por Virgo y LIGO trabajando juntos", dijo. "Con la próxima carrera de observación prevista para el otoño de 2018, podemos esperar tales detecciones semanalmente o incluso con más frecuencia".
Esto no solo significará que los científicos tienen una mejor oportunidad de detectar eventos futuros, sino que también podrán identificarlos con mucha mayor precisión. De hecho, se espera que la transición de una red de dos a tres detectores aumente la probabilidad de identificar la fuente de GW170814 en una fábrica de 20. La región del cielo para GW170814 es solo 60 grados cuadrados, más de 10 veces más pequeña que con datos de los interferómetros de LIGO solos.
Además, la precisión con la que se mide la distancia a la fuente también se ha beneficiado de esta asociación. Como explicó Laura Cadonati, profesora de Georgia Tech y portavoz adjunta del LSC:
“Esta mayor precisión permitirá a toda la comunidad astrofísica realizar descubrimientos aún más emocionantes, incluidas las observaciones de múltiples mensajeros. Un área de búsqueda más pequeña permite observaciones de seguimiento con telescopios y satélites para eventos cósmicos que producen ondas gravitacionales y emisiones de luz, como la colisión de estrellas de neutrones ".
Al final, incorporar más detectores a la red de ondas gravitacionales también permitirá realizar pruebas más detalladas de la teoría de la relatividad general de Einstein. David H. Reitze de Caltech, director ejecutivo del Laboratorio LIGO, también elogió la nueva asociación y lo que permitirá.
"Con esta primera detección conjunta de los detectores Advanced LIGO y Virgo, hemos dado un paso más en el cosmos de ondas gravitacionales", dijo. "Virgo ofrece una nueva y poderosa capacidad para detectar y localizar mejor las fuentes de ondas gravitacionales, una que indudablemente conducirá a resultados emocionantes e inesperados en el futuro".
El estudio de las ondas gravitacionales es un testimonio de la creciente capacidad de los equipos científicos del mundo y la ciencia de la interferometría. Durante décadas, la existencia de ondas gravitacionales fue simplemente una teoría; y para el cambio de siglo, todos los intentos de detectarlos no habían dado resultado. Pero en los últimos dieciocho meses, se han realizado múltiples detecciones, y se esperan docenas más en los próximos años.
Además, gracias a la nueva red global y a los instrumentos y métodos mejorados, estos eventos seguramente nos informarán sobre nuestro Universo y la física que lo rige.
