Las ondas gravitacionales se registran por tercera vez: ¿qué podemos aprender sobre el universo?

Hoy, la colaboración internacional LIGO-Virgo anunció el registro de ondas gravitacionales por tercera vez en la historia. La fuente, como en las dos veces anteriores , era un par de agujeros negros. Se publica un artículo sobre Cartas de revisión física sobre los resultados del estudio.

Sobre la señal GW170104

Desde la primera detección y el primer ciclo científico, la sensibilidad de los detectores ha aumentado y el ruido técnico ha disminuido, lo que permitió obtener datos de mayor calidad.

Durante el segundo ciclo de trabajo de los observatorios Advanced LIGO, se detectó una señal causada por ondas gravitacionales con alta confiabilidad: esta señal puede aparecer erróneamente cada 70,000 años de observaciones constantes (relación señal-ruido 13 y confianza mayor que 5σ).



Los agujeros negros con masas de ~ 20 y 30 solares se fusionaron en uno grande, mientras emitían ondas gravitacionales con una energía total de aproximadamente dos masas solares. El proceso de fusión tomó menos de un segundo, y en el momento de la fusión, ¡los agujeros negros se aceleraron al 60% de la velocidad de la luz!

La señal nos llegó durante varios miles de millones de años (una fuente a una distancia de aproximadamente 1000MPc), y fue registrada por dos detectores LIGO en los EE. UU. El 4 de enero de 2017

¿Qué conocimiento obtenemos sobre el universo?

En un artículo anterior hablé sobre cómo sabemos que la señal es realmente onda gravitacional y sobre los planes para el desarrollo de la astronomía de ondas gravitacionales. Esta vez hablaremos sobre por qué necesitamos estos detectores y que podemos aprender cosas nuevas sobre el Universo.

Velocidad de la gravedad

UPD: corrigió la estimación de velocidad y agregó un método de cálculo.

La pregunta más común sobre las ondas gravitacionales es la velocidad de su propagación. En la teoría general de la relatividad (GR), esta velocidad es igual a la velocidad de la luz. El experimento LIGO confirma esto con gran precisión: una onda gravitacional llega a dos detectores LIGO ubicados en diferentes partes de los Estados Unidos a una distancia de varios miles de kilómetros, con cierto retraso, y conociendo la distancia entre los detectores y este retraso, podemos estimar la velocidad de propagación. Y hasta el undécimo lugar decimal, esta velocidad es igual a la velocidad de la luz.

Pruebas de GTR

En un sentido más general, podemos verificar cómo nuestros modelos de agujeros negros se ajustan a los datos experimentales. Hasta ahora, todo es igual:


Aunque solo unos pocos parámetros son suficientes para describir un par de agujeros negros, una solución analítica de las ecuaciones de Einstein para su fusión es prácticamente imposible. Por lo tanto, los científicos usan cálculos numéricos para obtener modelos reales. Y donde hay cálculos numéricos, hay todo tipo de aproximaciones, por lo que la coincidencia del modelo obtenido con el experimento es muy importante, esto nos permite decir cuán verdaderas son nuestras ideas sobre GR.

Por supuesto, es posible verificar todo tipo de modificaciones de la relatividad general. Algunos de ellos ya pueden estar excluidos, por ejemplo, requieren la dispersión de GW o el exceso de la velocidad de la luz. Otros : esperan un aumento en la sensibilidad de los detectores para la verificación.
Y los terceros, como la memoria del espacio sobre las ondas , se pueden verificar ahora.
En general, ¡un momento emocionante para los astrofísicos!

El surgimiento de las estrellas.

De los parámetros de los agujeros negros puedes obtener mucha información sobre el espacio y la formación del universo. En primer lugar, la observación de ondas de gravedad es la primera evidencia de la existencia de agujeros negros emparejados. En segundo lugar, las masas de estos agujeros negros son inesperadamente grandes: nadie esperaba que los agujeros negros emparejados de tal masa fueran tan comunes.

Se pueden sacar conclusiones interesantes sobre la edad de los sistemas BH. Cuanto antes se forme una estrella desde el comienzo del Universo, menor será la sustancia de las estrellas anteriores, menor será el contenido de metales. Por otro lado, la masa del agujero negro depende de la cantidad de metales que contiene, por lo que por las masas medidas del agujero negro se puede decir qué tan jóvenes eran las estrellas de las que se formaron. De esto se deduce la curiosa conclusión de que los BH emparejados pueden formarse tanto en grupos estelares (si el entorno es lo suficientemente joven) como de forma aislada, lo que antes era desconocido. Observando los parámetros BH, podemos decir cómo se formaron estos agujeros, de forma aislada o no.

La observación adicional de los parámetros de la BH, como el momento orbital, puede dar aún más comprensión en los procesos cosmológicos.

Durante el año pasado, LIGO ha registrado tres eventos significativos, y con un aumento en la sensibilidad del detector en el próximo ciclo científico, el número de tales eventos aumentará, dándonos más y más conocimiento sobre el Universo.

Materiales y enlaces adicionales

1. ¿Qué son las ondas gravitacionales?


2. Hay muchos materiales interesantes en el sitio web oficial de LIGO : hay todo tipo de videos y artículos.
3. Únase a la búsqueda popular de ondas gravitacionales a través de la computación distribuida en Einstein @ Home .
4. Y la colaboración tiene todo tipo de medios, donde constantemente se publican materiales interesantes: Twitter , Facebook y Youtube .