La astrofísica de las nuevas ondas | Infructifero Cósmico

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El 17 de agosto de 2017, LIGO y el interferómetro Virgo detectaron la colisión entre dos estrellas de neutrones.NASA y ESA

Durante milenios, nuestra capacidad de aprender del cielo se ha limitado a la sensibilidad de nuestros ojos a la luz visible, una franja muy estrecha de toda la radiación electromagnética. El siglo XX, con el desarrollo de telescopios en otras gamas como infrarrojos, rayos X o ultravioleta, supuso una expansión de nuestras capacidades. Como superhéroes, hemos adquirido habilidades que han ido mucho más allá de lo visible y que nos han permitido explorar el universo más enérgico, pero también el más frío, el más lejano y el más oscuro. El siglo XXI, con la revelación de las ondas gravitacionales y los neutrinos astrofísicos, comenzó con la promesa de una ciencia que nos librará, al menos a los astrofísicos, de la tiranía de los fotones.

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Echemos un vistazo de esta manera, hasta ahora con fotones u ondas electromagnéticas, hemos tenido la oportunidad de explorar las partículas del universo y las interacciones cuánticas que las gobiernan. Con las ondas gravitacionales se abre un camino que permite investigaciones que van más allá, cómo abordar la relación entre materia y energía, espacio y tiempo. Para el avance del conocimiento, la detección de ondas gravitacionales y ondas electromagnéticas en una misma fuente es explosiva, como la kilonova en la que ambas fueron detectadas por primera vez.

Con las ondas electromagnéticas todos sabemos de lo que estamos hablando, solo menciona la palabra luz. Las ondas gravitacionales son otra cosa. Aparecen en el contexto de la relatividad general y nos dan información sobre el comportamiento de la masa en los fenómenos más extremos que ocurren en el universo. Para producir ondas gravitacionales que podamos medir, necesitamos sistemas con fuertes campos gravitacionales (que generan una gran curvatura del espacio-tiempo) y con mucha aceleración. Con los detectores de corriente, la señal detectable de las fuentes más intensas de ondas gravitacionales está en forma de sistemas binarios que contienen dos objetos compactos: estrellas de neutrones o agujeros negros.

Esta combinación de detecciones con diferentes ondas “mensajeras” también permite una ciencia que de otro modo no sería posible.

Lo que sucedió en 2017 probablemente se verá reflejado para siempre en la historia de los libros de ciencia. En agosto de ese año, los interferómetros LIGO-Virgo detectaron la señal de onda gravitacional que se identificó como la fusión de dos estrellas de neutrones ubicadas a unos 130 millones de años luz de distancia. Luego, con menos de dos segundos de retraso, llegó la primera señal electromagnética: los rayos gamma de alta energía del explosivo cataclismo provenientes de la misma región del cielo. La contraparte óptica, la responsable, una kilonova, fue detectada 11 horas después. Estaba ubicado en la galaxia NGC 4993 y se estaba desvaneciendo y sonrojándose muy rápidamente. Pero también fue una semana después que se midieron los rayos X y las emisiones de radio, lo que permitió una comprensión del evento como nunca antes.

Con la reconstrucción de los hechos que nos permiten los diferentes tipos de señales, ahora sabemos que los humanos hemos sido testigos de la fusión de dos estrellas de neutrones. Lo que hemos visto con diferentes tipos de ondas nos permite establecer que las estrellas tenían masas de 1,4 y 1,6 veces la masa del Sol (o 1,2 y 1,4 si consideramos que rotaban lentamente antes de fusionarse). Podemos determinar la geometría de la explosión, una especie de reloj de arena con chorros de alta velocidad, y posicionar el eje del chorro de partículas relativistas generado por la fusión en el espacio para determinar que apuntaba a unos 15-30 grados de nosotros. A partir del material rico en neutrones que se generó en el evento (52 veces la masa de Júpiter) identificamos directamente, y por primera vez, el lugar donde se sintetizan los elementos pesados ​​mediante un proceso conocido como captura rápida de neutrones. Pero también es que, dado que conocemos la distancia, y que las señales gravitacional y luminosa llegaron con menos de dos segundos de diferencia entre ellas, podemos concluir que no hay diferencia entre la velocidad de la gravedad (la gravedad no es instantánea, sino lo dejamos para otro post) y la velocidad de la luz.

Esta combinación de detecciones con diferentes ondas “mensajeras” también permite a una ciencia que no es posible de otra manera, por ejemplo, medir la constante de Hubble (y por lo tanto la edad del universo) con métodos independientes. Pero también ayuda a aclarar cuestiones relacionadas con la física fundamental como la constancia de la velocidad de la luz y las ondas gravitacionales o la ecuación de estado de la materia densa.

Lo espectacular de esta primera encuesta es que abrió más preguntas de las que resolvió: ¿cómo se forman estas pistas? ¿Son frecuentes? ¿Son estos sistemas la fuente de todos los elementos pesados ​​como el platino, el oro o el iridio del universo? . Esta es la ciencia. Ya tenemos todos los telescopios listos para cuando, a mediados del próximo año, finalice la actualización de los detectores de ondas gravitacionales que les proporcionarán la sensibilidad para detectar eventos a mayores distancias. Una detección de ondas gravitacionales lanzará una campaña de activación que atravesará todos los observatorios del mundo para identificar la contraparte, incluidos los observatorios terrestres y espaciales de alta y baja energía. Aunque lo que detectamos ya está en el pasado (ya pasó), lo que aprendemos nos espera en el futuro.

Eva villaver Es investigadora del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (CAB / CSIC-INTA).

Vacío cósmico es una sección en la que nuestro conocimiento del universo se presenta cualitativa y cuantitativamente. Tiene como objetivo explicar la importancia de comprender el cosmos no solo desde un punto de vista científico sino también desde un punto de vista filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” se refiere al hecho de que el universo está y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, aunque paradójicamente hay trillones de átomos por metro cúbico en nuestro entorno. , que nos invita a reflexionar sobre nuestra existencia y la presencia de la vida en el universo. La sección consta de Pablo G. Pérez González, investigadora del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, Catedrático de la Universidad Complutense de Madrid (UCM); sí Eva villaver, investigadora del Centro de Astrobiología.

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