ciencia
El grupo Gravity de la Universitat de les Illes Balears participa en la detección del extraño fenómeno
Gravity ha participado en todas las detecciones de ondas gravitacionales a través de la Colaboración Científica LIGO
Un equipo de investigadores del grupo Gravity de la Universitat de las Illes Balears (UIB) quien conduce Alicia Sintes ha participado en la detección de la señal de ondas gravitacionales denominada GW230529, realizada por los detectores de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA el 29 de mayo de 2023. La detección se produjo durante la primera parte del cuarto período de observación de los detectores, a partir de mayo Del 24 de enero de 2023 al 16 de enero de 2024. En ese momento se encontraba de guardia uno de los investigadores de la UIB.
Esta onda gravitacional habría sido causada por la fusión de una estrella de neutrones de entre 1,2 y 2 masas solares y un objeto compacto desconocido entre 2,5 y 4,5 masas solares, mayor de lo esperado para ser una estrella de neutrones y más pequeño que un agujero negro.
La detección de este fenómeno supone un nuevo hito para el grupo de investigadores integrados en la colaboración LIGO y que en 2016 detectaron el Ondas gravitacionales, una perturbación del espacio-tiempo producida por un cuerpo masivo en aceleración. Las señales que provocan estos fenómenos llegan a la Tierra y ofrecen información excepcional sobre lo que está sucediendo en el universo, o mejor dicho, lo que sucedió hace millones de años. Hay señales de fusiones de estrellas de neutrones o de agujeros negros o de estrellas de neutrones con agujeros negros…
En la detección ahora revelada, la masa de este objeto compacto desconocido desafía los modelos actuales de poblaciones de agujeros negros y estrellas de neutrones. quien propuso la existencia de una brecha en la distribución de los objetos compactos, según la cual los objetos en el intervalo entre 3 y 5 masas solares no podrían existir. Hasta el momento, las estrellas de neutrones detectadas tienen menos de 3 masas solares, mientras que los agujeros negros tendrían más de 5 masas solares.
Observaciones recientes de ondas gravitacionales habrían propuesto la existencia de objetos ubicados en esa brecha de masa. Para una detección previa, se estimó que uno de los objetos causantes tendría entre 2,5 y 2,7 masas solares, mayor que la estrella de neutrones más pesada observada hasta ahora, pero mucho menor que las masas de los agujeros negros.
Las fusiones de estrellas de neutrones y agujeros negros son eventos raros. Por tanto, cada nueva detección es extremadamente valiosa para el estudio de las tasas de fusión, y para la caracterización de poblaciones de agujeros negros y estrellas de neutrones, que es uno de los objetivos de la astronomía de ondas gravitacionales.
Los investigadores de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA señalan que la naturaleza del objeto desconocido convierte a GW230529 en un fuerte candidato para redefinir los modelos de poblaciones de agujeros negros y estrellas de neutrones.
Dos escenarios posibles
El proceso de formación que dio origen a GW230529 es incierto. Los investigadores tienen dos escenarios plausibles. La primera sería la formación de retroceso, donde El colapso del núcleo de una supernova da lugar a un agujero negro (y no a una estrella de neutrones) debido a la acumulación de material residual del núcleo.
Resultados recientes de modelos numéricos han demostrado que la formación de agujeros negros de entre 3 y 6 masas solares es posible mediante este mecanismo de formación. Las simulaciones de colapso del núcleo de estrellas de helio han predicho masas de agujeros negros tan bajas como la masa máxima de las estrellas de neutrones, aunque el rango de masas por debajo de 5 masas solares está menos poblado.
A día de hoy, los modelos de colapso del núcleo siguen presentando grandes incertidumbres sobre el resultado del proceso, lo que dificulta determinar con precisión los límites de las masas de los objetos compactos. Por lo tanto, GW230529 es un recurso valioso para restringir estos modelos.
Otro escenario posible para la formación del componente primario es a través de una Fusión binaria de estrellas de neutrones. En ese caso, se podría imaginar que el componente secundario es miembro de un antiguo sistema triple o cuádruple, o que fue capturado mientras evolucionaba en un cúmulo estelar joven o en un núcleo galáctico activo. Tampoco se puede excluir un origen no estelar, como un agujero negro primordial.
El estudio de otros sistemas en la brecha de masa, como GW230529, perfeccionará nuestra comprensión de las poblaciones de agujeros negros y estrellas de neutrones. Esto, a su vez, nos permitirá comprender mejor sus mecanismos de formación y, en el caso de las estrellas de neutrones, su estructura interna.
El grupo Gravity de la Universitat de las Illes Balears es el único grupo español que ha participado en todas las detecciones de ondas gravitacionales a través de la Colaboración Científica LIGO. Además, juega un papel protagonista en la misión espacial LISA, recientemente aprobada por la Agencia Espacial Europea (ESA) para hacer realidad la construcción del primer observatorio espacial de ondas gravitacionales.
Para el análisis de GW230529 se han utilizado varios modelos de forma de onda desarrollados por el grupo GRAVITY-UIB. Estos modelos incorporan efectos físicos clave, dada la naturaleza incierta de los objetos fuente compactos.
En particular, el modelo de sistemas binarios de agujeros negros (IMRPhenomXPHM), dirigido por el Dr. Sascha Husaes uno de los modelos de referencia utilizados para los principales resultados del artículo científico en el que se incluye el hallazgo.
Otro modelo de sistemas binarios formados por estrellas de neutrones (IMRPhenomXP_NRTidalv2), desarrollado recientemente en la UIB por la doctora Marta Colleoni y sus colaboradores, se utilizó en un análisis adicional para buscar desviaciones en la señal más allá de la teoría de la relatividad general de Einstein. . Los resultados obtenidos con este modelo son consistentes con la teoría estándar.
Además, el médico Anna Heffernan Participó directamente en las estimaciones iniciales de los parámetros de la señal GW230529, como uno de los 6 miembros del turno de guardia cuando se produjo la detección, a las 19:15 horas CEST del 29 de mayo de 2023.
La Dra. Heffernan y sus colegas iniciaron investigaciones más detalladas utilizando modelos desarrollados en la Universidad de las Islas Baleares, IMRPhenomXPHM y otros como IMRPhenomNSBH, que fueron continuados por otros equipos de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA, dada la importancia del evento. De hecho, GW230529 fue el primer evento considerado de alta prioridad del período de observación O4a.
Por su parte, el médico David Keitel ha participado en el estudio del escenario del efecto de lente gravitacional de GW230529. Este estudio ha considerado la posibilidad, aunque poco probable, de que una masa grande, como una galaxia, pudiera haber magnificado la señal de una fusión normal de estrellas de neutrones, haciéndola parecer la fusión de objetos más masivos.
