La cuarta onda gravitacional detectada de forma directa, GW170814, ha sido detectada por LIGO Hanford, LIGO Livingston y Virgo. Su origen es la fusión de dos agujeros negros de unas 30,5 y 25,3 masas solares, resultando un agujero negro de 53,2 masas solares, y una emisión gravitacional de 2,6 masas solares en energía. La fusión ha ocurrido a una distancia de unas 540 megapársecs (un desplazamiento al rojo de z = 0,11). Gracias a los tres interferómetros se ha podido localizar la fuente en el cielo con gran precisión.
Los rumores apuntaban a la detección de una fusión de dos estrellas de neutrones observada alrededor del 17 de agosto de 2017. Quizás haya sido observada, pero los análisis son más complicados que para las ondas gravitacionales originadas por la fusión de agujeros negros, y por ello se necesitarán varios meses (un mínimo de tres meses) para que se finalicen los análisis. En cualquier caso, la detección directa de una nueva fusión de agujeros negros el 14 de agosto es una gran noticia, fuera de toda de duda.
El artículo es The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration, “GW170814 : A three-detector observation of gravitational waves from a binary black hole coalescence,” arXiv:1709.09660 [gr-qc]; PDF (2017). En el lugar del cielo donde se ha localizado GW170814 se han buscado neutrinos y señales electromagnéticas en todo el espectro gracias a 25 instrumentos científicos. Ninguno ha observado nada (como es de esperar para una fusión de agujeros negros de masa estelar que han perdido su disco de acreción hace tiempo).
Más información divulgativa en Christopher Berry, “GW170814: Enter Virgo,” Blog, 27 Sep 2017; Elizabeth Gibney, “European detector spots its first gravitational wave. Black-hole merger pinpointed with record accuracy by the LIGO and Virgo observatories,” News, Nature, 27 Sep 2017.
[PS 28 Sep 2017] ¿Por qué se ha anunciado la noticia antes la aceptación final del artículo científico? Se ha anunciado desde Italia para que coincidiera con la Reunión de los Ministros de Ciencia del G7 en Italia. Una buena excusa para recordarle a estos ministros la importancia de la ciencia básica. Ahora mismo se están incorporando las sugerencias de los revisores del artículo científico, que será aceptado en los próximos días. [/PS]
La señal GW170814 llegó primero a LIGO Livingston, unos 8 ms después a LIGO Hanford y unos 14 ms después a Virgo. Se ha podido localizar la fuente de la onda gravitacional en una región de solo 60 grados cuadrados de cielo gracias a la detección triple. La parte amarilla de la figura corresponde a los dos LIGO (unos 1000 grados cuadrados de cielo), la parte verde a los tres LL+LH+Virgo (unos 60 grados cuadrados de cielo para la alerta temprana, calculado con el software BAYESTAR de localización rápida); la parte morada se ha obtenido con un análisis bayesiano usando los tres detectores (tiene un área similar pero su forma muestra dos puntos calientes, asociados a LL+Virgo y LH+Virgo, habiendo sido calculado con el software LALInference que usa una técnica de análisis de mayor precisión).
Esta figura compara la posición estimada para GW170814 con las posiciones estimadas para las otras ondas gravitacionales ya detectadas [más en esta web]. Se observa que la inclusión de los datos de Virgo en el análisis ha sido muy provechosa. Además, gracias a los tres detectores se ha podido estudiar la polarización de la señal; el resultado es que solo hay dos grados de polarización, como predice la teoría general de la relatividad, en contra de otras teorías que predicen hasta seis polarizaciones —teorías que acompañan el campo tensorial de espín 2 con uno vectorial de espín 1 y otro escalar de espín 0.
La señal ha sido detectada con una relación señal/ruido (SNR) de 13,7 en LIGO Livingston. Gracias a ello se ha buscado en los datos de LIGO Hanford donde se ha encontrado con una SNR de 7,3 y en los de Virgo donde solo ha alcanzado una SNR de 4,4. Recuerda que para una detección se necesita una SNR > 10. Por lo que parece los nuevos análisis de la Colaboración LIGO+Virgo permiten la detección incluso cuando solo uno de los tres interferómetros supera este límite y la SNR combinada de los otros dos también lo separa (la señal candidata LVT151012 quizás hubiera sido una señal firme si hubiera estado en funcionamiento Virgo). Una buena señal sobre la gran calidad de los análisis que se están realizando en la actual.
Esta tabla muestra la estimación (con márgenes de error) de los parámetros del sistema binario de agujeros negros cuya fusión ha sido observada. Recuerda que los valores se muestran como diagrama de bigotes, es decir, que un valor como 30,5+5,7−3,0 M☉ para la masa del agujero negro más masivo de la pareja significa que su masa está en el intervalo 27,5 < M < 36,2, siendo la mediana igual a 30,5, la media 31,9 y la desviación típica 2,2 (todos estos valores en masas solares M☉).
Como ya ha ocurrido con otras ondas gravitacionales, no se ha podido determinar el espín (momento angular) de los agujeros negros que se han fusionado; solo se ha podido determinar que el espín del agujero negro final ronda el 70% del valor máximo (un valor similar al de las otras tres ondas gravitacionales ya detectadas). Para determinar bien el espín de los agujeros negros que se fusionan hay que observar una señal durante varios segundos; pero la señal GW170814 solo ha sido observada durante una décima de segundo (GW150914 fue observada durante dos décimas de segundo).
Este vídeo muestra una simulación por ordenador de la colisión de los dos agujeros negros que ha resultado en la señal GW170814. Ha sido realizada por S. Ossokine y A. Buonanno, ambos del Max Planck Institute for Gravitational Physics, usando el código del proyecto SXS (Simulating eXtreme Spacetimes). Realmente espectacular, como siempre.
Otro vídeo con una simulación similar, pero Grabielle Allen et al. del Grupo de Gravitación en el National Center for Supercomputing Applications de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.).
Esta figura compara todas las señales observadas (cuatro firmes y un candidato) por LIGO-Virgo. Todas están asociadas a fusiones de agujeros negros, por lo que tienen un perfil muy similar.
Esta figura muestra todas las fusiones de agujeros negros que hemos observado gracias a LIGO-Virgo, donde al tamaño del horizonte de sucesos (no confundir con un intervalo estadístico de incertidumbre en su masa).
En resumen, la adición de Virgo a la red de interferómetros de ondas gravitacionales fue una gran noticia en agosto y hoy se ha hecho público su primer gran éxito. Seguro que vendrán muchos más. Aunque la noticia esperada por muchos era la primera detección de la fusión de dos estrellas de neutrones, o de un agujero negro y una estrella de neutrones (en ambos casos dando lugar a un agujero negro), estamos ante una gran noticia.
Y la semana que viene más, pues el anuncio del Premio Nobel de Física el próximo martes 3 de octubre huele a ondas gravitacionales desde hace casi dos años. Las ondas gravitacionales vuelven a ser la estrella de la fiesta de la Física.
