Este luns, despois de case dous anos de análise, a colaboración LIGO —na que participa o Instituto Galego de FÃsica de Altas EnerxÃas (IGFAE)— xunto coas colaboracións Virgo e KAGRA, anunciou o achado deste fenómeno cósmico “de récord”. O resultado desta fusión de dous buracos negros, duns 100 e 140 veces a masa do noso Sol, é un obxecto de 240 masas solares. As caracterÃsticas deste evento sitúano preto dos lÃmites do permitido pola teorÃa da relatividade xeral de Einstein.
“Esta é a fusión de buracos negros máis masiva que temos detectado mediante ondas gravitacionais, e a súa interpretación supón á vez unha gran pista e un gran desafÃo para o noso entendemento dos procesos de formación de buracos negros”, afirma Juan Calderón Bustillo, investigador Ramón y Cajal no IGFAE, centro mixto da Universidade de Santiago de Compostela e a Xunta de Galicia.
Ata agora, observáranse aproximadamente 100 fusións de buracos negros mediante ondas gravitacionais. A maior fora a coñecida como fonte GW190521 —descuberta en 2019—, cunha masa total moito menor: "só" 140 veces a do Sol, cuxo análise coordinou Calderón Bustillo. “Agora batemos o noso récord, case dobrando a masa!”, destaca.
Unha técnica do IGFAE para estudar xeracións de buracos negros
Ademais da súa enorme masa, estes dous buracos negros xiran sobre si mesmos a gran velocidade. Estes dous aspectos converten esta sinal nun desafÃo único para a súa interpretación e suxiren unha historia de formación complexa. “En principio, estes buracos negros non deberÃan poder formarse mediante o colapso de estrelas ao final das súas vidas. Polo tanto, é posible que estes dous buracos negros procedan de sucesivas fusións previas de buracos negros máis pequenos”, apunta Juan Calderón Bustillo. Aquà reside unha das principais contribucións do IGFAE a este descubrimento, a través de técnicas desenvolvidas polo equipo do Instituto, e que se utilizaron en estudos recentes para entender a orixe destes eventos.
“Con estas técnicas puidemos reconstruÃr a xenealoxÃa destes buracos negros. Vimos que é moi probable que o maior deles sexa un buraco negro de ‘terceiraÂ’ xeración. É dicir, no mellor dos casos serÃan os seus ‘avósÂ’ os que se puideron formar mediante colapso estelar.”
Ao lÃmite da relatividade xeral e dos sistemas de detección
A gran masa e a rápida rotación dos buracos negros na sinal GW231123 levan ao lÃmite tanto os algoritmos que se usan para a detección de ondas gravitacionais como os modelos teóricos que permiten a súa interpretación. Detectar sistemas tan masivos require técnicas complexas, cuxo desenvolvemento foi liderado polo IGFAE durante o último lustro.
“As sinais de sistemas como GW231123 son extremadamente curtas, facilmente confundibles con sinais artificiais que contaminan continuamente os nosos detectores”, explica Thomas Dent, investigador distinguido no IGFAE desde 2018 e fundador do programa de investigación en ondas gravitacionais.
“Unha das nosas principais liñas de traballo é o desenvolvemento de técnicas complexas que permiten descartar sinais artificiais. Isto permÃtenos optimizar a sensibilidade dos nosos sistemas de detección”, afirma Dent. “De feito, o sistema PyCBC, que desenvolvemos aquÃ, foi o que proporcionou o que chamamos a ‘alerta rápidaÂ’ de que detectáramos algo”. Finalmente, extraer información precisa da sinal requiriu o uso de modelos teóricos que recollesen a complexa dinámica de buracos negros con gran rotación.
No futuro, o equipo do IGFAE continuará refinando as súas análises e mellorando os modelos utilizados para interpretar este tipo de eventos extremos. “Levará anos coñecer a verdadeira natureza deste tipo de fontes”, avanzan Juan Calderón Bustillo e Thomas Dent.
“Sábese que este tipo de sinais adoita ofrecer varias posibles interpretacións. AÃnda que a máis probable parece ser a fusión de dous buracos negros nunha órbita circular que ‘oscilaÂ’, estudos futuros poderÃan revelar que en realidade se trata dunha órbita excéntrica ou – como xa se ten proposto no pasado – quizais esteamos vendo algo máis, alén dos buracos negros”, engaden ambos.
Conclúe Thomas Dent que, “ademais dos desenvolvementos teóricos necesarios, a acumulación de máis observacións deste estilo permitirán investigar con moito máis detalle como chegan a formarse estes buracos negros e o como funcionan as estrelas que nalgún momento morreron para darlles vida a eles, ou aos seus devanceiros”.
As ondas gravitacionais e o papel do IGFAE en LIGO
As ondas gravitacionais son ondulacións no tecido espazo-temporal que viaxan á velocidade da luz, e que se producen como consecuencia dos eventos máis violentos do Universo, como as fusións de buracos negros ou as explosións de estrelas (supernovas). Foron postuladas teoricamente por Albert Einstein hai máis de 100 anos, pero non se puideron observar directamente ata o ano 2015, cando o logrou a colaboración LIGO.
Este achado supuxo un dos grandes fitos da fÃsica das últimas décadas. Tres dos principais artÃfices deste descubrimento (Kip Thorne, Barry C. Barish e Rainer Weiss), recibiron o Premio Nobel de FÃsica en 2017, entre outros moitos recoñecementos.
Despois da acreditación como Unidade de Excelencia MarÃa de Maeztu, en 2017, identificouse o gran potencial da liña de investigación de ondas gravitacionais. A aposta por esta disciplina fixo posible que o IGFAE se incorporase en outubro de 2018 a LIGO, onde ocupa posicións de relevancia dentro deste experimento, no que participan máis de 1.500 persoas de todo o mundo.