La col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA ha publicat hui un nou catàleg d’esdeveniments d’ones gravitacionals. S’han afegit a la col·lecció un total de 161 esdeveniments, detectats entre abril de 2024 i finals de gener de 2025, cosa que eleva el nombre total de senyals d’ones gravitacionals detectades fins ara a 390. Entre les troballes més significatives es troben: evidència de l’existència de forats negres de segona generació, la localització celeste més precisa aconseguida mai per a una font d’ones gravitacionals i la primera mesura de tres modes de vibració d’un forat negre. Una riquesa de resultats que marca la majoria d’edat de l’astronomia gravitacional. Investigadors del departament d'astronomia i astrofísica participen en estos descobriments a traves del Valencia Virgo Group

La xarxa internacional de detectors d’ones gravitacionals LIGO, Virgo i KAGRA (LVK) ha anunciat hui la publicació en línia d’un catàleg actualitzat de tots els esdeveniments d’ones gravitacionals observats fins ara, anomenat Gravitational Wave Transient Catalogue-5.0 (GWTC-5), amb els articles científics corresponents presentats a Astrophysical Journal i Astrophysical Journal Letters. Les dades analitzades en este treball van ser recopilades pels detectors entre abril de 2024 i finals de gener de 2025, durant una part de la quarta execució d’observació (O4) coneguda com a O4b. Durant este període, es van detectar 161 nous esdeveniments d’ones gravitacionals, cosa que eleva el nombre total d’esdeveniments confirmats observats per la xarxa des de la primera detecció en 2015 fins a l’impressionant xifra de 390. La xarxa internacional LVK està formada pels detectors bessons de l’Observatori d’ones gravitacionals amb interferòmetre làser de la Fundació Nacional de Ciència dels Estats Units (NSF LIGO), el detector Virgo allotjat a l’Observatori Gravitacional Europeu a Itàlia i el KAGRA japonés allotjat a l’Institut d’Investigació de Rajos Còsmics (ICRR) de la Universitat de Tòquio.
Esta última actualització del catàleg, juntament amb l’anterior GWTC-4, que cobria els esdeveniments recopilats entre maig de 2023 i gener de 2024, conté el 75 % de tots els esdeveniments d’ones gravitacionals observats fins ara des de la primera detecció en 2015. Este impressionant resultat demostra com són de crucials les actualitzacions dels detectors per a augmentar la sensibilitat, cosa que comporta un creixement extraordinari en el nombre d’esdeveniments detectats amb cada execució d’observació successiva. De fet, la col·laboració internacional LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) alterna períodes de recopilació de dades (execucions d’observació) amb fases dedicades a les actualitzacions i posada en servici dels detectors. És també per això que el catàleg d’esdeveniments d’ones gravitacionals, incloses les dades validades i els paràmetres físics de les fonts, s’actualitza i es compartix periòdicament amb la comunitat científica en general.
“La sensibilitat extraordinària dels nostres detectors”, afirma Ed Porter, investigador del Laboratori d’Astropartícules i Cosmologia (APC) del CNRS, “ens permet ara captar tres o quatre senyals d’ones gravitacionals cada setmana. Esta riquesa cada vegada més gran de dades, en què tota una comunitat de científics i astrònoms està treballant per a analitzar i estudiar, ens ha portat de l’era dels descobriments inicials a la de l’astronomia gravitacional de precisió. Hui en dia, els estudis d’ones gravitacionals permeten fer anàlisis que abans eren inimaginables: investigacions sobre poblacions de forats negres, proves cada vegada més precises de la relativitat general en les condicions físiques extremes dels fenòmens que observem i el desenvolupament de nous mètodes per a obtindre estimacions cada vegada més precises de la constant de Hubble; un escenari pel qual no molta gent hauria apostat fa només deu anys”.
A més de les noves perspectives obertes per este extraordinari nombre d’observacions, el nou catàleg també inclou diverses deteccions que són excepcionals per si mateixes i establixen nous rècords en observacions astronòmiques d’ones gravitacionals: la millor localització del cel aconseguida mai per a una font d’ones gravitacionals, el senyal d’ones gravitacionals més clar mai registrat i evidència de l’existència de forats negres de segona generació.

La millor localització del cel aconseguida mai
Un senyal detectat pels dos detectors LIGO als Estats Units i Virgo a Europa el 15 de juny de 2024, i per tant anomenat GW240615, va establir el rècord de localització del cel més precisa entre tots els esdeveniments d’ones gravitacionals observats fins ara. La font va ser identificada dins d’una àrea de només 6 graus quadrats, una porció relativament menuda de l’esfera celeste. Este rendiment excepcional es va aconseguir gràcies a la triangulació utilitzant dades dels tres detectors actius en aquell moment, inclòs Virgo, que es va reincorporar a la campanya d’observació en abril de 2024 al començament d’O4b, contribuint significativament a les capacitats de localització de les fonts per part de la xarxa de detectors.
“La localització cada vegada més precisa de les fonts al cel és clarament una de les prioritats de tota la comunitat astronòmica, amb la finalitat de buscar en la regió més menuda possible del cel senyals electromagnètiques generades pels esdeveniments observats, especialment en el cas de fusions d’estreles de neutrons o entre un forat negre i una estrela de neutrons”, va dir Marie Anne Bizouard, portaveu de la Col·laboració Virgo i investigadora del Centre Nacional Francés d’Investigacions Científiques (CNRS) a Niça. “La contribució de Virgo seria decisiva per a millorar la localització de les fonts d’ones gravitacionals observades i estem orgullosos de l’excel·lent treball realitzat per l’equip responsable de la posada en servei del detector, que s’ha vist recompensat amb este resultat rècord”.
L’esdeveniment d’ones gravitacionals observat amb esta localització rècord va ser la fusió de dos forats negres, amb masses d’aproximadament 26 i 30 masses solars, que van col·lidir violentament a més de 3.000 milions d’anys llum de la Terra.
Les millores en la capacitat de la xarxa per a localitzar esdeveniments, juntament amb l’augment en la grandària del conjunt de dades, també van permetre una millor estimació de la constant de Hubble, H₀, que indica el ritme d’expansió actual de l’Univers. Utilitzant el conjunt de dades GWTC-5, la col·laboració LVK va obtindre una nova mesura independent de la constant de Hubble, H0 = 71.0-7+9 km s-1 Mpc-1, que és un poc més d’un 25 % més precisa que l’estimació procedent de la publicació anterior del catàleg. Este valor és totalment consistent amb mesures establides des de fa molt de temps tant del nostre veïnat còsmic com de l’Univers primerenc, però encara no és prou precís per a resoldre la tensió entre estes mesures.

El senyal d’ones gravitacionals més clar mai registrat
Detectar ones gravitacionals no significa simplement captar un senyal, sinó extraure’l del soroll que pertorba els detectors. Això requerix intensos esforços de mitigació del soroll i anàlisis de dades altament sofisticades, raó per la qual la “intensitat” o “claredat” d’un senyal s’expressa a través de la relació senyal-soroll (SNR). El catàleg publicat hui inclou el senyal d’ones gravitacionals “més clar” mai detectat, amb una relació senyal-soroll de 76,9. Este senyal, GW250114, va arribar a la Terra el 14 de gener de 2025 i va ser generat per la fusió de dos forats negres amb masses quasi idèntiques (32 i 34 vegades la massa del Sol, respectivament), que es va produir a més de mil milions d’anys llum de la Terra. La seua “claredat” ha donat lloc a alguns resultats científics excepcionals, que ja han sigut publicats i anunciats per la col·laboració LVK en els últims mesos, inclosa la prova de relativitat general més precisa mai realitzada i la confirmació del teorema de l’àrea del forat negre de Stephen Hawking.
“Quan dos forats negres es fusionen, la col·lisió sona com una campana, emetent tons específics caracteritzats per dos nombres: una freqüència oscil·latòria i un temps d’amortiment”, va dir el físic Keefe Mitman de la Universitat de Cornell. “Si es mesura un to en les dades d’una col·lisió, es pot calcular la massa i l’espín del forat negre format en la col·lisió. Però si es mesuren dos o més tons en les dades, cosa que permet un senyal clar com GW250114, cada un d’ells proporciona efectivament una mesura diferent de massa i espín, segons la relativitat general.
“Si estes dos mesures concorden entre elles, efectivament s’està verificant la relativitat general”, va dir Mitman. “Però si mesures dos tons que no coincidixen amb la mateixa combinació de massa i espín, pots començar a comprovar fins a quin punt t’has desviat de les prediccions de la relativitat general”. GW250114 va ser prou clar perquè els investigadors mesuraren dos tons i limitaren un tercer. Tots concorden amb la relativitat general d’Einstein.

Forats negres de segona generació
Un altre resultat destacat, inclòs en el nou catàleg publicat hui, encara que ja havia sigut anunciat per la col·laboració LVK en els últims mesos, es referix a dos esdeveniments molt especials: GW241011 i GW241110. Estos senyals, detectats en octubre i novembre de 2024, amb només un mes de diferència, van ser generats per dos fusions de forats negres, situats aproximadament a 700 milions i 2.400 milions d’anys llum de la Terra, respectivament. Certes característiques d’estes fusions —en particular l’espín dels forats negres (és a dir, l’orientació i velocitat de les seues rotacions)— indiquen que els objectes involucrats podrien ser forats negres de “segona generació”, és a dir, forats negres que són ells mateixos el resultat de fusions prèvies. Estos objectes probablement es van formar en entorns còsmics molt densos i poblats, com cúmuls estel·lars, on és més probable que els forats negres col·lidisquen i es fusionen repetidament. El nombre creixent d’esdeveniments observats també ha permés als investigadors estudiar i identificar cada vegada més clarament les propietats de diferents poblacions de forats negres, i un dels articles que acompanyen el catàleg tracta precisament d’este aspecte específic.
“Una de les pistes més intrigants que emergixen del nou catàleg és l’aparició d’un grup de forats negres amb masses entre 10 i 20 vegades la massa del Sol, que pareixen compartir una característica comuna: giren ràpidament, probablement sent forats negres de ‘segona generació’”, va dir Mario Spera. “L’enigma no és simplement que estos forats negres giren ràpidament, sinó per què esta subpoblació apareix precisament amb estes masses. És un altre indici que l’Univers encara podria estar ocultant peces importants de la història de com es formen els forats negres, naixen, evolucionen i es fusionen, i esta imatge es tornarà més rica i sorprenent amb cada nou catàleg d’ones gravitacionals de LVK”.

La col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA
LIGO està finançat per la NSF i operat per Caltech i MIT, que conjuntament van concebre i construir el projecte. El suport financer per al projecte LIGO avançat va estar liderat per la NSF, i Alemanya (Societat Max Planck), el Regne Unit (Consell d’Instal·lacions de Ciència i Tecnologia) i Austràlia (Consell Australià d’Investigació) van assumir importants compromisos i contribucions al projecte. Més de 1.600 científics de tot el món participen en l’esforç a través de la Col·laboració Científica LIGO, que inclou la Col·laboració GEO. Se enumeren socis adiccionals en: https://my.ligo.org/census.php .

La Col·laboració Virgo està composta actualment per aproximadament 1.000 membres de 175 institucions en 20 països diferents (principalment europeus). L’Observatori Gravitacional Europeu (EGO) allotja el detector Virgo prop de Pisa, a Itàlia, i està finançat pel Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) a França, l’Institut Nacional de Física Nuclear (INFN) a Itàlia, l’Institut Nacional de Física Subatòmica (Nikhef) als Països Baixos, la Fundació d’Investigació – Flandes (FWO) i el Fons Belga per a la Investigació Científica (F.R.S.–FNRS). Pot trobar una llista dels grups de col·laboració de Virgo en: https://www.virgo-gw.eu/about/scientific-collaboration/. Més informació en el sitio web de Virgo en: https://www.virgo-gw.eu

KAGRA és l’interferòmetre làser amb un braç de 3 quilòmetres de longitud a Kamioka, Gifu, Japó. L’institut amfitrió és l’Institut d’Investigació de Rajos Còsmics (ICRR) de la Universitat de Tòquio, i el projecte està copatrocinat per l’Observatori Astronòmic Nacional del Japó (NAOJ) i l’Organització d’Investigació d’Acceleradors d’Alta Energia (KEK). La col·laboració KAGRA està composta per més de 400 membres de 128 instituts en 17 països o regions. La informació de KAGRA per al públic general es troba el lloc web gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/. Es pot accedir als recursos per a investigadors en gwwiki.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA.

Media Contacts:

LIGO-Virgo-Kagra Collaboration
LVK Communications Group
Lead Susanne Milde +49 172 3931349
susanne.milde@ligo.org 

EGO and Virgo
Vincenzo Napolano
napolano@ego-gw.it
+393472994985 

NSF
Jason Stoughton
Staff Associate for Science Communications
703-292-7063
jstought@nsf.gov
Caltech
Whitney Clavin
wclavin@caltech.edu
626-395-1944

MIT
Abigail Abazorius
abbya@mit.edu
617-253-2709

KAGRA
Shinji Miyoki
kagra-pub@icrr.u-tokyo.ac.jp
+81-578-85-2623