La classificació i l'anàlisi definitiva dels 39 esdeveniments detectats per Virgo i LIGO en el tercer període d'observació (d'abril a octubre de 2019) han estat publicades avui a l'arxiu en línia ArXiv. La majoria d'aquests esdeveniments es corresponen amb fusions de forats negres, les característiques dels quals, no obstant, qüestionen alguns models astrofísics ja establerts i obren, per tant, nous possibles escenaris. També es van detectar en aquest mateix període una possible fusió d'estrelles de neutrons i el que semblen ser dos sistemes mixtos formats per un estel de neutrons i un forat negre.
El departament d'Astronomia i Astrofísica compta amb un grup d'investigadors en la col·laboració Virgo.
S'h
a necessitat un any de treball i anàlisis complexes per part dels investigadors de les col·laboracions científiques Virgo i LIGO per completar l'estudi de tots els senyals d'ones gravitacionals que van ser registrats per l’interferòmetre Virgo, instal·lat a l'Observatori Gravitatori Europeu, a Itàlia , i pels dos observatoris LIGO, als Estats Units, durant el període de presa de dades que va tenir lloc des de l'1 d'abril fins l'1 d'octubre de 2019, denominat O3a. Els esdeveniments inclosos són: 36 fusions de forats negres; una possible fusió d'un sistema binari d'estrelles de neutrons; i dos sistemes compostos, molt probablement, per un forat negre i una estrella de neutrons. Entre aquests esdeveniments, quatre "esdeveniments excepcionals" han estat ja publicats durant aquest últim any, però el catàleg que es publica avui proporciona, per primera vegada, una visió completa de l'extraordinàriament enorme nombre de senyals d'ones gravitacionals detectats i les seues fonts. Aquest catàleg representa la riquesa actual en observacions i dades relacionades amb la física de forats negres, quasi inimaginable fins tan sols fa pocs anys.S'ha necessitat un any de treball i anàlisis complexes per part dels investigadors de les col·laboracions científiques Virgo i LIGO per completar l'estudi de tots els senyals d'ones gravitacionals que van ser registrats per l’interferòmetre Virgo, instal·lat a l'Observatori Gravitatori Europeu, a Itàlia , i pels dos observatoris LIGO, als Estats Units, durant el període de presa de dades que va tenir lloc des de l'1 d'abril fins l'1 d'octubre de 2019, denominat O3a. Els esdeveniments inclosos són: 36 fusions de forats negres; una possible fusió d'un sistema binari d'estrelles de neutrons; i dos sistemes compostos, molt probablement, per un forat negre i una estrella de neutrons. Entre aquests esdeveniments, quatre "esdeveniments excepcionals" han estat ja publicats durant aquest últim any, però el catàleg que es publica avui proporciona, per primera vegada, una visió completa de l'extraordinàriament enorme nombre de senyals d'ones gravitacionals detectats i les seues fonts. Aquest catàleg representa la riquesa actual en observacions i dades relacionades amb la física de forats negres, quasi inimaginable fins tan sols fa pocs anys.
"Des del final de l'execució de l'observació O2 a l'agost del 2017, s'han realitzat molts esforços per actualitzar molts components tècnics i diferents sectors del detector, per tal d'augmentar la sensibilitat de Virgo en tot el rang de freqüències", va dir Ilaria Nardecchia, investigadora de la Universitat de Roma Tor Vergata i membre de la col·laboració Virgo. "Hem obtingut els fruits del nostre treball en duplicar la sensibilitat del detector!"
De fet, entre setembre de 2017 i abril de 2019, la sensibilitat dels tres detectors ha estat millorada significativament. Això ha conduït, per exemple, al fet que Virgo siga capaç d’observar un volum de l’univers quasi deu vegades més gran que en el període d’observació anterior (O2).
"Les observacions amb Advanced Virgo i LIGO han superat les expectatives. A més d'obrir una nova i excitant fase en la història de l'observació del cosmos per part de l’ésser humà, estem veient events dels que no havia evidència observacional fins ara, o que anaven més enllà de la nostra comprensió actual de l’evolució estel·lar", va dir Ed Porter, director de recerca CNRS en APC-París i membre de la Col·laboració Virgo. "Només cinc anys després de la primera detecció d'ones gravitacionals, podem dir que l'astronomia gravitatòria ja és una realitat".
La detecció de senyals gravitacionals ens permet, de fet, observar de prop per primera vegada la dinàmica de fusions extraordinàries de forats negres i estrelles de neutrons, que alliberen esclats d’energia equivalents a diverses masses solars en forma d’ones gravitacionals. Això ens permet estudiar, com mai abans, la física dels forats negres, els fenòmens còsmics que els generen i fins i tot les característiques de les poblacions més grans de forats negres. De fet, els resultats d’aquest catàleg plantegen serioses qüestions sobre la validesa d’alguns dels escenaris astrofísics i models que, fins ara, semblaven els més plausibles.
En particular, les masses de forats negres, presentades al catàleg O3a, qüestionen diversos límits teòrics i observacionals sobre els rangs de masses de les poblacions de forats negres. Algunes observacions, per exemple, indiquen la presència d'objectes compactes (que podrien ser forats negres o estrelles de neutrons) exactament al buit entre la massa de les estrelles de neutrons més massives i la dels forats negres més lleugers observats fins ara per la comunitat astronòmica. Aquest buit podria reduir-se o fins i tot desaparèixer. Altres forats negres observats tenen una massa amb un valor entre 65 i 120 masses solars; un rang prohibit pels models d’evolució estel·lar. Segons aquests models, les estrelles molt massives, més enllà d’un determinat llindar, es desestabilitzen completament en una explosió de la supernova, a causa d’un procés anomenat inestabilitat de parells, i només deixen enrere gas i pols còsmica. L’existència de forats negres en el rang prohibit per la inestabilitat dels parells suggereix altres mecanismes de formació de forats negres, com la fusió de forats negres més petits o la col·lisió d’estrelles massives, però açò també pot indicar la necessitat de revisar la nostra descripció de les etapes finals de la vida de les estrelles.
La publicació del catàleg O3a és la conclusió d’un treball complex que involucra moltes fases incloent el calibratge del detector, la caracterització de les dades i l’anàlisi de les dades. El catàleg de cada període d’observació només es publica una vegada que els investigadors tenen validat el conjunt de dades final, cosa que permet estimar els paràmetres físics (com la distància, la massa i els espins) de les fusions de forats negres i les estrelles de neutrons, així com un estimació fiable dels seus marges d'error. Dels 39 esdeveniments presentats en aquest darrer catàleg, 26 es van anunciar immediatament després de la seua detecció, mentre que 13 es van anunciar per primera vegada en el document publicat avui. Aquests esdeveniments s’afegeixen als 11 esdeveniments d’ones gravitacionals reportats per LIGO i Virgo en els períodes anteriors (O1 i O2). A més del catàleg d’esdeveniments LIGO-Virgo, altres tres articles addicionals han estat enviats al servidor d’arXiv: l’anàlisi global de les propietats astrofísiques de les fonts d’ones gravitacionals; els nous tests de la teoria de la relativitat general; i la cerca de senyals d'ones gravitacionals coincidents amb esclats de raigs gamma.
"Aquests articles són molt importants i representen un pas endavant en un llarg i excitant viatge", va dir Giovanni Losurdo, investigador de l'INFN i portaveu de la col·laboració Virgo. "Ja estem esperant impacientment els resultats de la segona part del tercer període d'observació (O3b). L'elevat nombre d'esdeveniments pendents d'analitzar i comprendre promet que el proper catàleg serà tan excitant, si no més, que aquest Mentrestant, ens esforcem per implementar una millora substancial en el detector Virgo, amb l'objectiu d’arribar al següent període, el 2022, de nou amb una sensibilitat considerablement millorada".
Projectes de ciència ciutadana en anàlisi de dades d'ones gravitacionals
Dos projectes de ciència ciutadana, Gravity Spy per a LIGO i el projecte europeu, REINFORCE per a Virgo, permeten a qualsevol persona contribuir a la identificació de senyals espuris i, per tant, al descobriment de nous senyals d'ones gravitacionals, col·laborant directament amb investigadors involucrats en l'anàlisi de les dades dels tres interferòmetres. De fet, tot i que les fonts externes i internes de soroll estan minimitzades, les dades preses pels interferòmetres encara estan plenes d'algunes pertorbacions. En alguns casos aquestes pertorbacions es monitoritzen amb sensors i són llavors sostretes de les dades en temps real. No obstant això, la identificació d'altres sorolls és més problemàtica i requereix una dedicada anàlisi no en temps real per a reduir-los. Aquest és el cas dels sorolls transitoris, com aquells generats, per exemple, per llum dispersada del raig làser principal i que després es recombina amb ell. Els estudis acurats que es necessiten per confirmar un senyal d'ona gravitacional real expliquen per què les col·laboracions LIGO i Virgo emeten alertes sobre un candidat a esdeveniment a la comunitat científica poc després de ser detectat. Aquest pot ser confirmat amb la subseqüent anàlisi i llavors ser considerat un senyal real o no. Gràcies a Gravity Spy i REINFORCE, ciutadans científics poden ajudar els investigadors en aquest complex treball d'anàlisi accedint directament a les dades detectades pels interferòmetres LIGO i Virgo.
Imatge: La imatge mostra les localitzacions en el cel per a les diferents deteccions de LIGO-Virgo que estan incloses en el catàleg O3a. Cada localització, representada per una àrea ombrejada sobre el mapa, es dedueix d'acord amb la informació proporcionada pels tres detectors de la xarxa. Estan registrats el dia i hora d'arribada a la Terra, una etiqueta científica i el temps que va tardar el senyal en arribar a la Terra des del lloc de l'Univers en què es va generar. Com més menuda és l'àrea ombrejada al mapa de cel, millor ha estat localitzat el senyal. La localització és crucial per a permetre les recerques de contrapartides amb diferents missatgers, com llum o neutrins.
Crèdit imatge EGO/Virgo Collaboration/Greco
Artícles Científics
- Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo During the First Half of the Third Observing Run
- Population properties of compact objects from the second LIGO–Virgo Gravitational-Wave Transient Catalog
- Tests of General Relativity with Binary Black Holes from the second LIGO–Virgo Gravitational-Wave Transient Catalog
- Search for Gravitational Waves Associated with Gamma-Ray Bursts detected by Fermi and Swift during the LIGO-Virgo Run O3a
