Inici » a-ultimesnoticies » Descobriment històric d’ones gravitacionals amb llum
Aquesta imatge d'una visualització animada mostra la fusió de dos estels de neutrons en òrbita. A la dreta, una visualització de la matèria dels estels de neutrons. A l'esquerra es mostra com es distorsiona l'espai-temps prop de les col·lisions. / Karan Jani, Geòrgia Tech.

Descobriment històric d’ones gravitacionals amb llum

La fusió de dos estels de neutrons obre una nova finestra a l’univers

REDACCIÓ/CIÈNCIA. L’agost de 2017, els detectors LIGO-Virgo van registrar unes ones gravitacionals molt diferents de les que els científics estaven acostumats: anaven acompanyades per llum. Recolzats per més de setanta observatoris terrestres i espacials, els investigadors acaben de revelar que els senyals procedien de la fusió de dos estels de neutrons, la primera detectada en la història.

Com si es tractés d’una operació militar, un exèrcit format per més de 3.500 científics de tot el món, recolzats per terra i aire per desenes de telescopis, ha complert amb una missió: esbrinar d’on procedien les estranyes ones gravitacionals registrades el passat 17 d’agost pels dos detectors LIGO, als EUA. La resposta ha estat espectacular: són fruit del xoc entre dos estels de neutrons, les més petites i denses conegudes. És la primera vegada en la història que es detecta aquest fenomen.

“Tenim la sensació que estem obrint una nova era de descobriments de l’univers”, ha assegurat l’espanyol Xavier Barcons, director general de l’Observatori Europeu Austral (ESO), en teleconferència des de Xile durant l’anunci d’aquesta fita a la seu central en Garching (Alemanya).

Les ones gravitacionals –pertorbacions a l’espai-temps predites per Einstein– ja s’havien detectat abans en quatre fusions de forats negres. Però gens més veure el nou senyal –anomenat GW170817–, els científics es van adonar que responia a un esdeveniment molt diferent: una emissió de radiació electromagnètica l’acompanyava. No podia tractar-se d’una altra col·lisió de forats negres, que no emeten llum. L’origen d’aquesta nova ona era un misteri.

“És el naixement d’un nou i poderós camp,
l’astronomia multi missatger”,
diu a Sinc el Nobel de Física Barry C. Barish

Després de setmanes de dur treball i enmig d’un secretisme digne d’una agència d’espionatge, l’operació científica ha donat els seus fruits. El cataclisme dels estels de neutrons es va associar a una espectacular erupció de rajos gamma en una galàxia situada a 130 milions d’anys llum, anomenada NGC 4993.

“Aquesta observació representa el naixement d’un nou i poderós camp que cridem astronomia multi missatger”, declara a Sinc per e-mail Barry C. Barish, pioner en la caça d’aquestes ones i un dels tres premis Nobel de Física en 2017. Com explica a aquest mitjà Rainer Weiss, un altre dels Laureans, “la troballa de la fusió d’estels de neutrons mitjançant ones gravitacionals, juntament amb la mesura de la radiació gamma amb el satèl·lit Fermi, units a les observacions amb telescopis electromagnètics, formen un bell exemple de la ciència que podem fer amb aquesta astronomia multi missatger”.

Un dels molts científics espanyols que ha participat en el descobriment, José Antonio Font, ho qualifica de “històric”. Les intenses jornades de treball aquests dos mesos li han impedit prendre’s un sol dia lliure. “He hagut de deixar la meva vida aparcada una mica, però val la pena”, bromeja a Sinc l’investigador principal del Grup Virgo de la Universitat de València.

Des del Centre de vol espacial Goddard de la NASA (EUA), Eleonora Troja no esperava detectar alguna cosa així tan aviat –la col·laboració científica LIGO porta funcionant amb prou feines dos anys des de la seva última renovació–. “Ni en els meus millors somnis vaig pensar que anàvem a obtenir aquests resultats en el primer intent”, reconeix a Sinc.

Molt diferent dels forats negres

Les dades registrades per LIGO revelaven que els objectes que han generat aquest nou senyal no eren tan grans com els forats i la seva massa oscil·lava entre 1,1 i 1,6 vegades la del Sol, mesures que concordaven amb les dels estels de neutrons. Aquests objectes, que es formen amb l’explosió de supernoves, tenen uns 20 quilòmetres de diàmetre. A més, el senyal va durar més temps que la registrada en esdeveniments anteriors (uns 100 segons).

“És el senyal més fort que s’ha detectat d’ones gravitacionals fins ara”, ressalta Sascha Husa, membre del Grup de Relativitat i Gravitació de la Universitat de les Illes Ballears que forma part de LIGO.

Imatge d’una visualització animada mostra la fusió de dos estels de neutrons i les ones gravitacionals que produeixen. / NASA

Des d’Itàlia, la col·laboració científica Virgo va agafar el testimoni de LIGO i va precisar més la posició de la col·lisió amb el seu altre detector: el senyal procedia d’una regió relativament petita del cel de l’hemisferi sud.

“Casualment, aquest senyal estava en un dels punts gairebé cecs de Virgo i per això no ho va poder visualitzar tan clarament, encara que això va ajudar de manera indirecta a la localització, ja que indicava que estava just en aquest punt cec”, comenta Font, que també dirigeix el departament d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València.

Captat des de l’aire

En paral·lel, el telescopi espacial de rajos gamma Fermi, que porta gairebé deu anys orbitant la Terra a la recerca de fenòmens astrofísics com a aquest, va advertir la presència de rajos gamma, arribats dos segons després de la detecció de les ones gravitacionals.

Amb les dades de LIGO i Virgo, el telescopi va precisar encara més la ubicació de la col·lisió i, tot seguit, tothom es va posar a la feina per localitzar el senyal. En total, setanta observatoris terrestres i espacials –alguns d’ells espanyols– van ser capaços d’observar l’esdeveniment en les seves diferents longituds d’ona, un nou punt de llum similar al d’un estel. La NASA, l’Agència Espacial Europea i l’Observatori Europeu Austral són tres dels organismes que han participat en el descobriment.

Setanta observatoris terrestres i espacials
es van unir per observar l’esdeveniment
en diferents longituds d’ona

“Amb l’instrument DECam del telescopi Víctor Blanco de Xile descobrim una contrapart òptica i també va haver-hi una explosió de rajos gamma. Tota aquesta llum indica amb molta seguretat que han de ser estels de neutrons i no forats negres”, apunta a Sinc Daniel Holz, investigador del departament d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de Chicago (EUA).

Com en les deteccions anteriors, la confidencialitat i la coordinació entre els equips de tants països ha estat fonamental, alguna cosa que no és fàcil; LIGO ho formen unes 1.200 persones, a les quals se sumen altres 1.300 de diferents institucions que han col·laborat en la troballa.

“És l’esperit de la col·laboració. Tothom suma, se sent partícip d’alguna cosa, alguna cosa gran que marca la història”, indica Alicia M. Sintes, investigadora principal de la col·laboració LIGO en la Universitat de les Illes Balears.

El més lluminós després del Big Bang

Les observacions van revelar que les ones gravitacionals van ser produïdes per dos estels de neutrons en òrbita espiral. Els estels de massa mitjana que moren com a supernoves originen aquest tipus d’objectes tremendament densos. Solament una culleradeta del seu material equival a una massa d’uns mil milions de tones.

“Els estels que són més petites es converteixen en nanes blanques i les més pesades, en forats negres”, explica Christoph Adami, professor de Física i Astronomia de la Universitat Estatal de Michigan (EUA).

Fa uns 130 milions d’anys, ambdós estels es trobaven en les seves últimes òrbites espirals, separades uns 300 quilòmetres. A mesura que giraven més ràpidament i s’anaven acostant més, es van deformar i van distorsionar l’espai-temps del voltant, emetent energia en forma d’ones gravitacionals abans de xocar entre si.

“Tothom suma, se sent partícip
d’alguna cosa gran que marca la història”,
indica Alicia M. Sintes, investigadora de LIGO

“Això dóna lloc als focs artificials més espectaculars que et puguis imaginar”, descriu Gonzalo J. Olmo, investigador de l’Institut de Física Corpuscular i del departament de Física Teòrica de la Universitat de València.

Al moment de la col·lisió, la major part dels dos estels de neutrons es van fusionar en un objecte molt dens i alhora van emetre una espècie de bola de foc de rajos gamma. “Després del Big Bang, no hi ha res tan lluminós com aquestes erupcions”, detalla Font.

Per primera vegada, els investigadors han detectat una kilonova, el procés en el qual el material que queda després de la col·lisió és expulsat cap a fora. Les observacions òptiques mostren que elements pesats com el plom i l’or es creen en aquestes col·lisions i es distribueixen per tot l’univers.

“La detecció de l’emissió de kilonova obre una via per comprendre l’enriquiment químic còsmic fruit dels elements pesats i també per conèixer les fases finals de l’evolució estel·lar”, subratlla Elena Pian, investigadora de l’Institut Nacional d’Astrofísica de Bolonya (Itàlia), que ha participat en la troballa.

L’era dels multi missatgers

La detecció simultània dels diferents senyals que ens han arribat de la col·lisió, tant les ones gravitacionals com les electromagnètiques –el que els físics criden missatgers–, inaugura una nova era en l’astrofísica. Així ho expressa Stefano Covino, que també ha col·laborat en el descobriment. “S’obre un ventall nou de possibilitats perquè els investigadors d’avui estudiïn l’univers”, sosté aquest investigador de l’Institut Nacional d’Astrofísica de Merate (Itàlia).

Imatge d’una visualització animada mostra els senyals que van arribar a LIGO i al telescopi espacial Fermi.

Els únics missatgers que no s’han aconseguit detectar han estat els àgils neutrinos, que es creu que podrien formar-se en fusions d’aquest tipus. No obstant això, els diferents aparells que els busquen des de la Terra no han trobat cap senyal associat a la col·lisió registrada fa dos mesos.

“Es convertirà en l’esdeveniment astronòmic
que més estudis tingui
en la història de l’astrofísica”, pronostica Font

“Els detectors de neutrinos no són com a telescopis que pots apuntar en una determinada adreça”, matisa Roberto Emparan, investigador de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona i professor de recerca ICREA.

El que sí que han pogut registrar és la constant de Hubble, una mesura sobre la velocitat a la qual s’expandeix l’univers molt útil per a la cosmologia. Aquest i altres troballes es publicaran des d’avui en Nature, Physical Review Letters i en una llarga llista de publicacions. “Probablement es convertirà en l’esdeveniment astronòmic que més estudis tingui en la història de l’astrofísica”, pronostica Font. “Ens donarà treball moltíssims anys”, afegeix.

Tanta informació amb una sola col·lisió ha estat una sorpresa pels milers d’investigadors que participen en el projecte. Amb un únic esdeveniment han estat capaços de contrastar teories que altres generacions d’astrofísics van formular quan ells eren nens.

“El somni de qualsevol científic és resoldre almenys un gran misteri en el transcurs de la seva carrera, però imagina solucionar tres o quatre en un parell de setmanes! Ningú podria haver-ho esperat”, exclama Troja.

El descobriment de l’any Experts que no han participat en la troballa coincideixen en la seva importància. “Observar aquest tipus d’esdeveniments permetrà explorar física més enllà del que somiaríem fer en el laboratori”, afirma Olmo. Encara que para Emparan no està al mateix nivell que la primera detecció d’ones gravitacionals, destaca que serà el primer d’una sèrie de descobriments. “Ens permetrà entendre molt millor què són els estels de neutrons, on es formen els elements pesats i moltes coses més”, enumera el físic, que posa un símil cinematogràfic. Si amb les ones gravitacionals solament escoltàvem la banda sonora d’una pel·lícula, amb les deteccions d’ones electromagnètiques podem veure les escenes, “en tecnicolor i so Dolbi”, compara. Per Adami probablement estem davant “el descobriment de l’any”. En la seva opinió, descobrir noves fusions d’estels de neutrons ens ajudarà a mesurar la velocitat a la qual s’expandeix l’univers amb una precisió major, la qual cosa servirà per comprendre millor la naturalesa del Big Bang. “És com si ens haguessin lliurat un microscopi quan abans solament podíem veure a simple vista. L’objecte que estem veient és l’univers sencer”, manté.

Font: SINC.

2017-10-17

Deixa un comentari

El seu email no será publicat.Camps obligatoris marcats *

*

Uso de cookies

Este sitio web utiliza cookies para que usted tenga la mejor experiencia de usuario. Si continúa navegando está dando su consentimiento para la aceptación de las mencionadas cookies y la aceptación de nuestra política de cookies, pinche el enlace para mayor información.Más Info

ACEPTAR
Aviso de cookies

Diari Sant Quirze

↑ Grab this Headline Animator