martes, 1 de marzo de 2022

Ondas gravitatorias - Isabel Cordero Carrión

Ondas gravitatorias y simulaciones numéricas como laboratorios computacionales.







Acababa de comenzar el siglo XX cuando en 1905 la Relatividad Especial de Einstein [1] se proponía como una nueva manera de entender el espacio-tiempo, unos espacio y tiempo que eliminaban su carácter absoluto y que desde ese momento debían entenderse de manera conjunta, como dos caras de una misma moneda. La Relatividad Especial ponía a prueba nuestra intuición, haciendo que aparecieran las famosas contracciones de distancias y dilataciones del tiempo según el observador que estuviera realizando las correspondientes medidas, y poniendo en un lugar destacado a la velocidad de la luz en el vacío. Normalmente se denota con la letra c a la velocidad de la luz en el vacío, tiene un valor aproximado de 300 mil kilómetros por segundo, y es límite superior a la velocidad a la que pueden desplazarse partículas y objetos masivos y no masivos en el universo, ya sean fotones, neutrinos o una nave espacial...

Esta velocidad característica no era desconocida y ya estaba presente en la formulación (relativista) de las ecuaciones del electromagnetismo de Maxwell, que habían sido propuestas en 1865 [2]. Faltaba sin embargo introducir en este espacio-tiempo la interacción gravitatoria, que no se hizo esperar demasiado.

Varios años después, en 1915, Einstein volvía a revolucionar las teorías de la Física hasta el momento, con una visión que mantenemos hasta hoy en día del espacio-tiempo y la interpretación geométrica de la gravedad. En la teoría de la Relatividad General [3] desaparecen las fuerzas propuestas por Newton para explicar la gravedad, que habían regido tanto las trayectorias de las órbitas celestes como las de los proyectiles en la Tierra durante más de dos siglos. La irrupción de una nueva teoría llamada Relatividad General, que interpretaba la gravedad como una geometría, reconciliaba la órbita rebelde de Mercurio y ofrecía una predicción puesta exitosamente a prueba con el eclipse total de Sol de 1919. La imagen de la siguiente página hace referencia justamente a una observación de este eclipse total de Sol. Desde ese momento Einstein se hizo mundialmente famoso. La Relatividad General es una descripción matemática que unifica irremediablemente el dónde y el cuándo, y en donde, de manera muy resumida, la materia y la energía deforman, curvan el espacio-tiempo; esta curvatura del espacio-tiempo dictamina, al mismo tiempo, las trayectorias de los objetos que están inmersos en él.


Fig.1 Del informe de Sir Arthur Eddington sobre la expedición para verificar la predicción de Albert Einstein de la curvatura de la luz alrededor del sol. FW Dyson, AS Eddington y C. Davidson (1920). "Una determinación de la desviación de la luz por el campo gravitacional del Sol, a partir de las observaciones realizadas en el eclipse total del 29 de mayo de 1919". 


Las sorpresas asociadas a esta nueva teoría no tardaron en hacer acto de presencia. Aparecieron dos actores inesperados que aún hoy en día son piezas clave en la investigación en gravedad y física en general: los agujeros negros y las ondas gravitacionales o gravitatorias. Los primeros, los agujeros negros, constituyen regiones en donde el espacio-tiempo está tan curvado que ni siquiera los fotones viajando a su velocidad máxima, c, la velocidad de la luz en el vacío, pueden escapar de esta región; no contamos todavía con una teoría que describa la parte más próxima al centro del interior de estas regiones de manera satisfactoria y son los laboratorios más prometedores para intentar unificar las dos grandes teorías en la Física del siglo XX, Relatividad General y Mecánica Cuántica. Las soluciones teóricas de agujeros negros sin y con rotación se deben a Schwarzschild [4] y Kerr [5]. La solución de agujero negro sin rotación de Schwarzschild fue obtenida solo varios meses después de la aparición de las ecuaciones de la Relatividad General, pero fue vista al principio como una mera solución matemática con unas propiedades un tanto peculiares; el pobre Schwarzschild no vivió mucho más tiempo y no pudo llegar a entender la importancia de su solución y la repercusión que tendría en los años y décadas siguientes. Entre otros hechos significativos, merece la pena destacar el premio Nobel en Física en 2020 a Andrea M. Ghez, Reinhard Genzel y Roger Penrose por sus contribuciones observacionales y teóricas en el campo de los agujeros negros.

En 1916, aparece nuestro segundo actor inesperado. Einstein, tras una simplificación de las complejas ecuaciones asociadas a la Relatividad General, y considerando un espacio-tiempo sin contenido material ni energético, encontraba una solución en sus ecuaciones que contenía una estructura similar a un comportamiento ondulatorio [6]: el mismo tipo de ecuaciones que aparecen a la hora de explicar cómo se propaga una vibración del aire que identificamos como un sonido cuando hace vibrar el tímpano de nuestro oído, o a la hora de explicar las perturbaciones que se crean en la superficie de un estanque cuando arrojamos una piedra en un día soleado y sin viento. Este comportamiento fue confirmado en situaciones más generales en años posteriores, incluyendo espacios-tiempo que también contenían materia y energía, analizando otras y otros investigadores de manera rigurosa su definición y propagación, entre los que cabe mencionar a Newman y Penrose. Estas perturbaciones o arrugas del espacio-tiempo reciben el nombre de ondas gravitatorias o gravitacionales, y, con todo merecimiento, están ahora mismo muy de moda.


Fig.2 Esta interpretación artística hace referencia a la fusión de un sistema binario de dos agujeros negros asociada a la detección GW190521 y ha sido elaborada por el diseñador gráfico valenciano Raúl Rubio en colaboración con el grupo Virgo en Valencia.


Las ondas gravitatorias son perturbaciones, distorsiones, no de objetos en el espacio-tiempo, sino del propio tejido espacio-temporal. Estas ondas se generan cuando masas se aceleran rompiendo la simetría axial (la que tiene un cilindro rotando sobre su eje) y se propagan en todas direcciones. Según la Relatividad General, la velocidad a la que se propagan estas ondas gravitatorias es c, que aparece de nuevo como velocidad característica en la teoría. Además, analizando las ecuaciones con más cuidado y detalle, se puede deducir que en la Relatividad General únicamente tenemos dos formas independientes en las que el espacio-tiempo puede distorsionarse por el paso de una onda gravitatoria, las cuales reciben el nombre de polarizaciones. Si consideramos unos anillos en el plano perpendicular a la dirección de propagación de una onda gravitatoria, la distorsión de estos anillos será la ilustrada en la Fig. 3, la dimensión del anillo se hace un poco más grande en una dirección mientras que se hace un poco más pequeña en la dirección perpendicular, y este efecto se va alternando entre estas dos direcciones. La diferencia entre ambas polarizaciones es una rotación de un ángulo de 45º (o π/2 radianes), y normalmente se denotan por los símbolos más (+) y cruz (x). En otras teorías de gravedad alternativas a la Relatividad General pueden aparecer más polarizaciones; en total podrían existir hasta 6 polarizaciones o formas independientes en las que se distorsionaría un objeto, y encontrar algún signo de ellas supondría una evidencia de física más allá de la Relatividad General. Mencionaremos más adelante qué detecciones de ondas gravitatorias tenemos, aunque merece la pena adelantar que esta teoría ha superado todas las exigentes pruebas a las que se le ha sometido hasta el momento, incluida la no observación de más de las dos polarizaciones predichas por la Relatividad General.


Fig.3 Animación representativa de las ondas gravitatorias.


La enorme imaginación y capacidad mental de Einstein para diseñar sus experimentos mentales a la hora de reflexionar sobre su nueva teoría de la gravedad estuvo también muy presente en sus discusiones con Bohr, poniendo a prueba con ingeniosos planteamientos la consistencia de la Mecánica Cuántica, y la paciencia de Bohr, que, con bastante agudeza y trabajo, salía airoso de estas aparentes contradicciones. La ciencia no se entendería si no tuviésemos la constante necesidad de cuestionar las teorías establecidas hasta el momento, desde un punto de vista teórico y también a través de los experimentos y datos que recabamos, como herramienta fundamental para poder seguir progresando en el entendimiento de los fenómenos naturales que nos rodean, incluyendo la gravedad. De la misma forma, son ahora las recientes detecciones de ondas gravitatorias las que, por un lado, han confirmado finalmente la última predicción de la teoría de la Relatividad General que quedaba por detectarse de manera directa, y, por otro lado, están poniendo a prueba todos los detalles de la Relatividad General, sin ningún indicio por el momento de desviación de los resultados experimentales con respecto a las predicciones teóricas.

Las ondas gravitatorias son extremadamente débiles. Algunos de los fenómenos más violentos que podemos imaginar en el universo generan unas ondas gravitatorias con una amplitud tan pequeña que el propio Einstein dudaba, no de su existencia, pero sí de la posibilidad de que algún día fuésemos capaces de llegar a detectarlas. Y es que, a un gran equipo multidisciplinar y diverso de científicos y científicas con recursos, tiempo y financiación, puede que no se le resista ningún gran reto. Hemos necesitado, eso sí, un siglo de desarrollos teóricos, computacionales y tecnológicos que desafían nuestra imaginación, y el trabajo colaborativo y continuado de miles de personas durante décadas para poder situarnos en el dulce momento que está viviendo la astronomía de ondas gravitatorias.

Antes de la detección directa de estas ondas gravitatorias, ya teníamos indicios muy fuertes de su existencia de manera indirecta. El ejemplo más famoso es quizás el púlsar (estrella de neutrones altamente magnetizada y con una rotación extremadamente rápida) PSR B1913+16, que forma parte de un sistema binario de dos objetos compactos; este púlsar fue descubierto por Hulse y Taylor en 1974, que en particular observaron con detalle cómo se iba reduciendo el período orbital del mismo [7]. La emisión de ondas gravitatorias hacía que el sistema fuese radiando energía y haciendo que ambos objetos girasen cada vez más próximos y más rápido. Para más detalles sobre las estrellas de neutrones, no dudéis en echar un vistazo al capítulo de María Ángeles Pérez García. Este trabajo les valió a Hulse y Taylor el premio Nobel de Física en 1993. Mencionaremos algún premio Nobel más, pero me resulta interesante recordar que el premio Nobel que Einstein recibió no está relacionado con su increíble teoría de la Relatividad General (sino con el fenómeno del efecto fotoeléctrico).


Fig.4 Solapamiento entre las observaciones y la predicción de la Relatividad General en el pulsar PSR B1913+16. 
Fuente: Weisberg y Taylor (2004), https://adsabs.harvard.edu/full/2005ASPC..328...25W


A principios del siglo XXI, tras desarrollos producidos en diferentes direcciones, se plantea una carrera paralela en el campo de las ondas gravitatorias, con cierta intriga por ver si alguna de las dos comunidades científicas implicadas era capaz de adelantar a la otra: por un lado, el desarrollo teórico y numérico, y, por otro lado, el desarrollo experimental de los detectores.

En el lado teórico y numérico, la resolución de las ecuaciones de manera analítica solo es posible en algunos casos sencillos y se necesitaba una resolución numérica para escenarios astrofísicos más realistas como aquellos que involucran objetos compactos como los agujeros negros o las estrellas de neutrones en sistemas binarios, y que eran los primeros candidatos a generar una onda gravitatoria suficientemente intensa como para llegar a ser detectada en nuestros observatorios terrestres. Lidiar con la singularidad teórica en el centro de los agujeros negros de Schwarzschild o Kerr, ingeniárselas para desarrollar y aplicar estrategias y métodos numéricos que redujeran el coste computacional tan elevado de estas simulaciones, o extraer de manera precisa la radiación gravitatoria que se generaba en estos escenarios, no eran tareas nada fáciles.

Para hacernos una idea de la complejidad de este desafío, me gustaría señalar que no fue hasta 2005, con el trabajo pionero de Pretorius [8], seguido de otros trabajos posteriores de muchos grupos, cuando fuimos capaces de resolver numéricamente las ecuaciones de la Relatividad General en el escenario astrofísico de dos agujeros negros que giran uno alrededor del otro, cada vez más rápido y cada vez más cerca, hasta que finalmente se fusionan, y deducir la forma de la onda gravitatoria que generan en este proceso. Este escenario no incluía contenido material ya que la modelización de los agujeros negros está descrita únicamente con curvatura del espacio-tiempo, pero estas simulaciones requerían (y requieren) utilizar la capacidad de cálculo de los grandes centros de supercomputación a nivel mundial. Aún hoy en día, muchas de estas simulaciones son extremadamente costosas y también se están desarrollando otros métodos más efectivos que son validados por simulaciones numéricas precisas, de cara a generar ondas gravitatorias producidas en diferentes escenarios en los que variamos los parámetros físicos que aparecen (como las masas o las rotaciones de los dos agujeros negros que se fusionan), pero reduciendo significativamente el coste computacional.

En el lado del desarrollo experimental de los potenciales observatorios de ondas gravitatorias, se habían propuesto algunos intentos como las barras resonantes de Webber; Webber llegó a anunciar a finales de 1960 que había detectado ondas gravitatorias, pero otros grupos no fueron capaces de repetir estas detecciones y las recientes señales que estamos detectando nos indican que los experimentos de Webber no tenían la sensibilidad suficiente como para llegar a registrar una detección real. Cabe destacar no obstante su trabajo pionero en esta área.

Las recientes detecciones han sido posible gracias a los observatorios actuales que utilizan la técnica de la interferometría óptica; en estos observatorios, de manera absolutamente simplificada, un haz de luz se divide en dos haces perpendiculares tras atravesar un divisor del haz, recorren tubos kilométricos, con un vacío mejor que el del espacio exterior, hasta llegar a unos espejos suspendidos y aislados de posibles vibraciones terrestres, se reflejan en estos espejos y vuelven a encontrarse en el punto en el que se habían separado. La longitud de los brazos es tal que, si no se produce una distorsión o cambio en la distancia de estos brazos por el paso de una onda gravitatoria, la interferencia destructiva que se produce entre los dos haces que se reencuentran hace que no se detecte luz. Si, por el contrario, una pequeña distorsión hace que uno de los brazos se haga un poco más grande y el otro un poco más pequeño, entonces la interferencia entre los dos haces que se reencuentran no es totalmente destructiva y se genera un patrón de interferencia.

A este principio básico se le suman infinidad de detalles técnicos que complican y hacen mucho más sensible al detector: cavidades de resonancia que aumentan en un par de órdenes de magnitud el recorrido efectivo de los haces de luz antes de reencontrarse, sistemas de limpieza y absorción de luz difusa para evitar interacciones con los haces, tratamiento óptico puntero para que los láseres empleados tengan propiedades óptimas, espejos que pesan decenas (y centenas en un futuro cercano) de kilos con una geometría muy determinada que no puede desviarse más del grosor de un átomo, complejos sistemas de suspensiones de varios péndulos encadenados que sostienen a los espejos… Como ondas que son las ondas gravitatorias, tienen asociadas frecuencias. En el caso de los detectores actuales, la sensibilidad está limitada a un intervalo de frecuencias; el límite inferior de este intervalo, alrededor de unos 10Hz, se debe principalmente a la actividad sísmica, y el límite superior de este intervalo, alrededor de unos 10000Hz, se debe principalmente a características cuánticas asociadas con los láseres. Entre estos dos valores de frecuencias podemos detectar ondas gravitatorias actualmente.

Una animación que ilustra las grandes maravillas tecnológicas que son los observatorios de ondas gravitatorias puede encontrarse en Youtube1, con subtítulos en varios idiomas incluido el castellano. Invito a todas y todos los lectores a visitar de manera presencial o virtual estos observatorios, para poder imaginar mejor la complejidad técnica y la diversidad de disciplinas involucradas en el funcionamiento de estas instalaciones. Formar parte de una gran colaboración científica es una experiencia en sí misma, y requiere de la colaboración y coordinación de muchas personas con habilidades y maneras de trabajar muy diferentes; también supone vivir de cerca grandes avances científicos y ser de las primeras personas que conoce los asombrosos descubrimientos que estamos viviendo en esta área científica.

Ahora mismo disponemos de una red global de detectores operativos formada por 4 instrumentos cuyos brazos perpendiculares tienen forma de una gran L (mayúscula). GEO600 tiene brazos de 600 metros de longitud, se utiliza para el desarrollo y prueba de tecnología que posteriormente se implementa en otros detectores más grandes, y está situado en Alemania, cerca de Hannover. Los dos observatorios LIGO2 en Estados Unidos, uno en Hanford (estado de Washington) y otro en Livingston (estado de Luisiana), tienen brazos de 4 kilómetros de longitud y fueron los que detectaron en septiembre de 2015 la primera señal de onda gravitatoria [9], procedente de la fusión de un sistema binario de dos agujeros negros. El Observatorio Gravitacional Europeo (EGO) alberga el detector Virgo3, operativo tomando datos científicos desde el verano de 2017 y cuyo inicio de construcción es un poco posterior a los detectores americanos, tiene brazos de 3 kilómetros de longitud y está situado cerca de Pisa en Italia. A estos detectores habrá que sumar en un futuro cercano el detector KAGRA4 en Japón, ya construido y en fase de puesta a punto para poder unirse a los periodos de toma de datos científicos junto a los detectores LIGO-Virgo, y el detector LIGO-India, que está dando sus primeros pasos en su fase de construcción.

Fig.5 Observatorios de ondas gravitatorias.

LIGO.

Virgo.

KAGRA.


Además de estos detectores ya hay proyectos futuros para las siguientes generaciones de detectores de ondas gravitatorias: por un lado, los interferómetros ópticos Einstein Telescope y Cosmic Explorer, con brazos de 10 y 20 km de longitud, y que están diseñándose para ser construidos en Europa y Estados Unidos, respectivamente; por otro lado, el interferómetro espacial LISA, con brazos de varios millones de kilómetros, que se pretende poner en órbita terrestre alrededor del Sol detrás de la Tierra. La apasionante carrera tecnológica en la astronomía de ondas gravitatorias está por tanto garantizada, y ojalá nos esperen años de agradables sorpresas en forma de nuevas y sorprendentes detecciones.


Fig.6 Impresión artística de LISA. 
Crédito: University of Florida / Simon Barke, https://www.aei.mpg.de/40458/lisa


La importancia de tener una red de detectores global con varios instrumentos radica en dos aspectos principalmente: eliminación de ruidos sistemáticos y localización precisa de la fuente. En el primer aspecto, el hecho de tener varios detectores nos facilita la tarea de eliminar posibles perturbaciones generadas por ruidos sistemáticos de uno de los detectores, pero que no deben aparecer en otros detectores situados en lugares diferentes, incluso con tecnologías ligeramente diferentes. En el segundo aspecto, el hecho de tener al menos 3 detectores y conocer los principios de la trigonometría básica permite localizar la fuente en el cielo, de la misma manera que necesitamos al menos 3 repetidores para poder determinar la localización de un dispositivo móvil conectado a la red. En el caso de más de 3 detectores la localización es todavía más precisa e incluso reduce los riesgos de que uno de los detectores en el momento de la detección no se encuentre operativo por alguna actualización puntual. En la Fig.7 se puede ver la diferencia de las bandas asociadas a potenciales localizaciones de una fuente cuando se disponen de 2 detectores, en comparación con las regiones mucho más pequeñas con 3 detectores como en los casos de GW170814 (primera triple detección por los 3 detectores) y de GW170817 (primera fusión de dos estrellas de neutrones).


Fig.7 Pasar de los dos observatorios LIGO a la red de tres observatorios LIGO-Virgo reduce significativamente la posible localización de la señal de onda gravitatoria en el cielo.
Crédito: LIGO/Virgo/NASA/Leo Singer (Milky Way image: Axel Mellinger), https://www.ligo.org/detections/GW170817.php


Fue clave el hecho de que, en el momento de la detección de GW170817 en agosto de 2017 [10], tanto los dos detectores LIGO como el detector Virgo estuvieran en marcha con suficiente sensibilidad; esto permitió la localización precisa de la fuente de manera muy rápida y el posterior seguimiento por parte de la comunidad astronómica mundial con más de 70 observatorios terrestres y satélites, que registraron señales procedentes de esa misma región en el cielo en las diferentes frecuencias del espectro electromagnético (rayos gamma, luz visible, emisión infrarroja, emisión ultravioleta, rayos X y ondas de radio). Esta detección supuso el inicio de la astronomía de multi-mensajeros que incluía a las ondas gravitatorias, la posibilidad por primera vez de realizar una estimación de la expansión local del universo (la famosa constante de Hubble) mediante ondas gravitatorias y la confirmación de que elementos de la tabla periódica como el oro, el uranio o el platino, se formaban en este tipo de escenarios astrofísicos. Junto con el hecho de que el carbono que forma las llamadas moléculas de la vida se forme en las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en las estrellas, podemos decir que somos polvo de estrellas y nos gusta adornarnos con restos de fusiones de estrellas de neutrones. Una ilustración de todo el proceso puede verse en Youtube5.

2017 fue un año mágico para la astronomía de ondas gravitatorias. El premio Nobel en Física en este año fue otorgado a los físicos Kip Thorne, Barry C. Barish y Rainer Weiss, por la detección directa de las ondas gravitatorias como pioneros de las colaboraciones LIGO-Virgo. El mismo año también recibieron el premio Princesa de Asturias a la Investigación Científico Técnica, probablemente el galardón más importante en investigación en nuestro país.

Hasta el momento tras los tres periodos de observación de los detectores LIGO-Virgo, las colaboraciones científicas LIGO-Virgo-KAGRA han publicado la detección de más de 90 eventos [11], cada uno de los cuales está asociado con la fusión de un sistema binario de dos objetos compactos que al fusionarse dan lugar a otro objeto compacto. Algunas de estas observaciones están planteando preguntas interesantes en otras áreas de la física, como los procesos al final de la vida de las estrellas y la evolución estelar, o la jerarquía de formación de agujeros negros y la existencia de agujeros negros de masa intermedia. Tenemos ya observaciones de sistemas binarios mixtos de objetos compactos, en los que un agujero negro y una estrella de neutrones se fusionan para generar otro agujero negro. Para una revisión completa de los eventos registrados hasta el momento y las implicaciones físicas y astrofísicas, recomiendo a las y los lectores de esta colección echar un vistazo al reciente artículo6 “Observaciones de ondas gravitacionales por la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA” en el boletín de invierno de 2021 de la Sociedad Española de Astronomía (SEA), firmado por varias de las personas al frente de la coordinación de grupos de investigación en España que forman parte de las colaboraciones LIGO-Virgo.

El reto que nos plantean las ondas gravitatorias no termina aquí, en realidad podríamos decir que la aventura no ha hecho más que comenzar. En el ámbito más computacional, se necesitan simulaciones más precisas y además simulaciones de escenarios astrofísicos más diversos, incluyendo algunas posibilidades especulativas como hipotéticas estrellas de bosones o materia exótica formada por otras partículas con características diferentes. A partir de estas simulaciones se pueden generar catálogos sintéticos de señales de ondas gravitatorias generadas por los diferentes escenarios. Nuestros ordenadores son los laboratorios computacionales perfectos para construir una biblioteca de señales de ondas gravitatorias, a la espera de que la naturaleza sea generosa de nuevo y nos brinde la posibilidad de detectar algunas de las señales de esta biblioteca e incluso otras señales que desafíen nuestros modelos actuales. Estos catálogos son fundamentales a la hora de apoyar o descartar algunas propuestas teóricas, dependiendo de si las implicaciones de los diferentes modelos aparecen en las observaciones; como ejemplo, podemos mencionar las cotas sobre la velocidad de propagación de las ondas gravitatorias extraídas a partir de la observación del sistema binario de estrellas de neutrones que descartó algunas teorías alternativas a la Relatividad General.

También son fundamentales estos catálogos a la hora de extraer estas señales de los ruidos en las que están inmersas. Si conocemos la forma de la onda gravitatoria que estamos buscando, podemos aplicar técnicas de “matched filtering” o filtro adaptado, en donde se buscan coincidencias de las señales utilizadas como plantillas y los datos en los diferentes detectores. Este método es comúnmente usado por ejemplo para desenterrar señales de fusiones de sistemas binarios de dos agujeros negros. También se pueden llevar a cabo búsquedas más generales en donde la búsqueda se centra en comprobar si un mismo patrón aparece en más de un detector y con una intensidad de señal que supera un umbral preestablecido; estas búsquedas son más costosas, pero también más generales.

Finalmente, me gustaría destacar que en los últimos años se están explorando otras técnicas de análisis de datos como el “Machine Learning” o aprendizaje automático, muy conocido en limpieza y reconocimiento de imágenes; en este caso las búsquedas requieren un entrenamiento previo costoso haciendo uso de una gran cantidad de datos que necesitan estar disponibles, pero, una vez este entrenamiento está hecho, las búsquedas de las señales son relativamente rápidas. Como muestra de la potencia de estas técnicas tanto a la hora de analizar algunos tipos de ruidos, como los asociados a la actividad sísmica, como a la hora de extraer señales, en el análisis de los datos de los detectores, y la necesidad de colaboración multidisciplinar entre varias áreas, encontramos el proyecto G2net7, una Acción COST europea que combina éstas y otras disciplinas.

Solo falta tener un poco de paciencia, ya que esperamos que los detectores se pongan de nuevo a tomar datos científicos a finales de 2022. En tan solo unos años desde la primera detección, ya están revolucionando nuestra manera de observar y entender el universo. ¿Qué otras maravillosas sorpresas están por llegar? ¿Tendremos la suerte de contar con los neutrinos también en esta astronomía de multi-mensajeros junto con las ondas gravitatorias? ¿Podremos observar pronto una señal de onda gravitatoria generada por una explosión de supernova en nuestra galaxia?…

Os recomiendo seguir todas las noticias en las páginas web de las diferentes colaboraciones y sus correspondientes cuentas en redes sociales: Colaboración Científica LIGO, https://ligo.org/ y @LIGO en Twitter; Colaboración Virgo, https://www.virgo-gw.eu/ y @ego_virgo en Twitter; Colaboración KAGRA, https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/ y @KAGRA_PR en Twitter.

 

Notas:

1 https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=h_FbHipV3No

2 https://www.researchgate.net/figure/This-is-the-picture-of-the-Laser-Interferometer-Gravitational-Wave-Observatory_fig2_318823781

3 https://www.virgo-gw.eu/

4 https://www.researchgate.net/figure/Left-KAGRA-suspended-input-mode-cleaner-optics-right-x-arm-beam-tube-and-tunnel_fig2_303889307

5 https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=x_Akn8fUBeQ

6 https://www.sea-astronomia.es/sites/default/files/bi2021_seaboletin_invierno2021.pdf

7 https://www.g2net.eu/

 

Referencias:

[1] A. Einstein, 1905, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik 17, 891-921. https://web.archive.org/web/20091229162203/http://www.pro-physik.de/Phy/pdfs/ger_890_921.pdf

[2] J.C. Maxwell, 1865, A dynamical theory of the electromagnetic field, Philosophical transactions of the Royal Society of London, 155. https://archive.org/details/dynamicaltheoryo00maxw

[3] A. Einstein, 1915, Die Feldgleichungun der Gravitation, Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaftern zu Berlin, 844-847.

[4] Letter from K. Schwarzschild to A. Einstein, 1915, in The Collected Papers of Albert Einstein, 8A, document 169.

[5] R.P. Kerr, 1963, Gravitational Field of a Spinning Mass as an Example of Algebraically Special Metrics, Phys. Rev. Lett. 11 (5): 237-238. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.11.237 .

[6] A. Einstein, 1916, Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation, Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie del Wissenschaften zu Berlin, 688-696. https://echo.mpiwg-berlin.mpg.de/ECHOdocuView?url=/permanent/echo/einstein/sitzungsberichte/BGG54UCY/index.meta

A. Einstein, 1918, Über Gravitationswellen, Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie del Wissenschaften zu Berlin, 154-167. https://echo.mpiwg-berlin.mpg.de/ECHOdocuView?url=/permanent/echo/einstein/sitzungsberichte/W7ZU8V1E/index.meta

[7] J.M. Weisberg, D.J. Nice and J.H. Taylor, 2010, Timing measurements of the relativistic binary pulsar PSR B1913+16, The Astrophysical Journal, 722, 1030-1034. https://doi.org/10.1088/0004-637X/722/2/1030

[8] F. Pretorius, 2005, Evolution of Binary Black-Hole Spacetimes, Phys. Rev. Lett. 95, 121101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.121101

[9] LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, 2016, Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, Phys. Rev. Lett. 116, 061102. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102

[10] LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, 2017, GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral, Phys. Rev. Lett. 119, 161101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.161101

[11] LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration and KAGRA Collaboration, 2021, GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo during the second part of the third observing run. [arXiv:11.03606v2 [gr-qc]].

 

Bibliografía:

(1) Einstein online, una página web muy recomendable: https://www.einstein-online.info/en/ 

(2) Handbook of Gravitational Wave Astronomy, Cosimo Bambi, Stavros Katsanevas, Konstantinos D. Kokkotas (Editors), Springer Nature Reference, Springer (2022).

 

Isabel Cordero Carrión.

Licenciada en Matemáticas y Doctora en Astrofísica.

Profesora Titular de Universidad, Facultad de Matemáticas de la Universitat de València, España.



"Patrones - Señales desde el Universo"
EGO & the Virgo Collaboration

Corto de Isabel (contribución en guion y dirección)





No hay comentarios:

Publicar un comentario