Los detectores LIGO y Virgo reanudan la observación de ondas gravitacionales
La próxima semana, los detectores LIGO y Virgo reanudarán sus campañas de observación, que prometen recabar más de 200 eventos de ondas gravitacionales al finalizar el actual periodo de observación (O4). La comunidad astronómica espera que, entre los nuevos resultados,se detecten eventos multi-mensajeros, aquellos observados simultáneamente en ondas gravitacionales y electromagnéticas, y que pueden tener un seguimiento posterior por parte de otros telescopios.
La Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA comenzará la segunda parte del cuarto periodo de observación (O4b) el 10 de abril. El detector europeo Virgo en Italia, cerca de Pisa, se unirá también al periodo de observación, tomando datos junto con los dos interferómetros LIGO en Hanford, Washington, y Livingston, Louisiana, en EEUU, que llevaron a cabo la primera parte del cuarto periodo de observación (O4a) de mayo de 2023 a enero de 2024. Está planeado que O4b esté en marcha hasta principios de 2025.
“La astronomía de ondas gravitacionales se ha convertido en un método clave para observar nuestro Universo. Con los datos de este periodo de observación, contribuiremos aún más a ampliar de manera significativa nuestros horizontes y conocimiento sobre las partes más oscuras y violentas del Universo”, comenta Patrick Brady, portavoz de la Colaboración Científica LIGO.
“Los observatorios de ondas gravitacionales son proyectos punteros y, como tales, afrontan muchos desafíos. Hoy estamos muy contentos de unirnos al nuevo periodo de observación. La contribución de Virgo será crucial para mejorar la localización de los eventos multi-mensajeros, que esperamos detectar en esta segunda fase del periodo de observación”, añade el portavoz de Virgo e investigador del INFN, Gianluca Gemme.
Los dos detectores LIGO comenzaron O4 el 24 de mayo de 2023, haciendo una pausa el 16 de enero de 2024, por causas de mantenimiento y mejoras. Virgo decidió en mayo de 2023 extender sus actividades de puesta a punto hasta 2024 para mitigar el impacto de varias fuentes de ruido. El detector KAGRA en Japón se unió a O4a durante un mes antes de reanudar su puesta a punto, y el experimento está actualmente recuperándose del daño causado por el terremoto en la península de Noto (magnitud 7,6 y a 120 km de la localización de KAGRA) el 1 de enero de 2024.
Llevando la astronomía de ondas gravitacionales al siguiente nivel
Está programado que O4 dure un total de 18 meses, excluyendo las pausas de puesta a punto. En solo los primeros siete meses y medio (O4a), los dos detectores LIGO identificaron 81 eventos candidatos de ondas gravitacionales con alta probabilidad, de acuerdo con la tasa esperada de detección de una fusión cada 2 o 3 días. Para finales del periodo de observación en febrero de 2025, con una tasa similar de detecciones, el número total de señales de ondas gravitacionales observado podría pasar de 200.
La ingente cantidad de datos en O4a está siendo analizada todavía, y los científicos y científicas de la Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA esperan que O4 cumpla con su promesa de llevar la astronomía de ondas gravitacionales al siguiente nivel.
Algunas de las observaciones astrofísicas más relevantes serán anunciadas a partir de los próximos meses. La sensibilidad, aún mayor, de los detectores mejorará todavía más la capacidad de científicas y científicos para poner a prueba la teoría de la Relatividad General de Einstein e inferir la población de estrellas muertas en el Universo local.
Mejoras científicas y tecnológicas
LIGO
Los detectores LIGO hicieron una pausa planificada en sus observaciones al final de O4a por mantenimiento. Desde entonces, personal experto en ambos observatorios LIGO Hanford y LIGO Livingston ha estado trabajando duramente para realizar ajustes en los detectores. Uno de los mayores esfuerzos ha involucrado mejoras en los sistemas ópticos que “comprimen” la luz láser, permitiendo a los detectores LIGO superar los límites de sensibilidad impuestos por la mecánica cuántica. Otro de los esfuerzos involucró el seguimiento y aislamiento de fuentes de ruido en las diferentes cámaras de vacío en los espacios de experimentación al final de los brazos de 4 km de longitud. Estos y otros ajustes garantizarán que la tendencia en la mejora de la sensibilidad y disponibilidad de observación demostradas durante O4a, que vio cómo el rango de detección de sistemas binarios de estrellas de neutrones aumentó desde unos 140 Mpc hasta más de 160 Mpc, continuará durante O4b y posteriormente.
Virgo
“Afrontar desafíos es una parte fundamental de organizaciones trabajando en la frontera de la ciencia y la tecnología, tales como la mejora y puesta a punto de un detector de ondas gravitacionales,” señala el portavoz de Virgo e investigador del INFN, Gianluca Gemme. “Las buenas noticias son que, tras un largo periodo de puesta a punto y muchas dificultades, hemos conseguido mejorar la sensibilidad del detector hasta 60 Mpc, que iguala los niveles más altos de sensibilidad alcanzados por Virgo en el pasado. El trabajo de mejorar aún más la sensibilidad continuará durante el periodo de observación.”
Ahora mismo, por tanto, Virgo puede detectar la fusión “estándar” de dos estrellas de neutrones hasta una distancia de 60 Mpc, es decir, unos 220 millones de años-luz de distancia de la Tierra (por supuesto, eventos más violentos o más masivos, como las colisiones de agujeros negros, también son detectables desde partes mucho más profundas del Universo).
KAGRA
El detector KAGRA en Japón, que había planeado unirse a O4b desde el principio, se unirá al periodo de observación en los últimos meses de 2024 tras recuperarse de daños causados en varias instalaciones del experimento por el terremoto en la península de Noto (magnitud 7,6 y a 120 km de la localización de KAGRA) el 1 de enero de 2024. A pesar de haberse producido únicamente daños menores en el túnel, sistema de vacío y sistema criogénico de KAGRA, 9 de los 20 sistemas de suspensión de los espejos necesitan ser reparados y esto impondrá un retraso de al menos medio año en comparación con el plan previsto.
El grupo KAGRA terminará sus trabajos de recuperación lo antes posible, reanudando la puesta a punto, y luego uniéndose a O4b con un rango de sensibilidad para sistemas binarios de estrellas de neutrones de unos 10 Mpc.
Los objetivos científicos de esta campaña de observación
En los próximos meses la esperanza es, por supuesto, ser capaces de detectar nuevos eventos multi-mensajero, cuyas contrapartidas electromagnéticas puedan ser observadas por otros telescopios terrestres o espaciales, como en el caso de la observación trascendental del 17 de agosto de 2017 (GW170817) de la fusión de dos estrellas de neutrones.
La presencia de Virgo puede marcar una diferencia significativa e incrementar el rendimiento científico de la red global a la hora de localizar en el cielo el origen de eventos excepcionales, tales como fusiones de estrellas de neutrones, fusiones de un agujero negro con una estrella de neutrones, o explosiones de supernova, no habiendo sido estas últimas observadas todavía mediante ondas gravitacionales.
Además, en comparación con la última etapa de observaciones, los instrumentos mejorados, nuevos y más precisos modelos de señales, y métodos de análisis de datos más avanzados, aumentarán las oportunidades de que evidencias de señales gravitatorias o de otro tipo también emerjan de los análisis de los datos. Uno de estos tipos de señales podría ser las llamadas ondas gravitacionales continuas, señales con una casi constante y bien definida frecuencia que son generadas por estrellas de neutrones en rotación (púlsares) con una distribución de masa asimétrica – una “montaña” de tan solo milímetros de altura podría ser suficiente.
Los nuevos datos de O4 podrían también ayudar a extender nuestro conocimiento sobre el fondo gravitatorio primordial, causado por el solapamiento aleatorio de ondas gravitacionales producidas en las etapas más tempranas del nacimiento del Universo, así como fondos similares producidos por una combinación de muchas señales simultáneas de fase espiral, señales transitorias o señales continuas desde todas las partes del Universo. El indicio de este tipo de fondo estocástico probablemente debido a sistemas binarios de agujeros negros supermasivos ha sido recientemente observado, de una manera indirecta, por la red de radio telescopios que incluye a EPTA, InPTA, NANOGrav, PPTA y CPTA.
De hecho, un gran número de investigadoras e investigadores de LIGO, Virgo y KAGRA están trabajando intensamente en el análisis de las observaciones realizadas durante O4a, así como en aquellas planeadas para los próximos meses. Muchas actividades en diferentes campos de investigación se comparten entre las tres colaboraciones y son posibles gracias a las contribuciones de todas las personas involucradas.
Al igual que en periodos de observación anteriores, se distribuirán públicamente alertas de candidatos de detecciones de ondas gravitacionales durante O4b. La información de cómo recibir e interpretar las alertas públicas está disponible en https://wiki.gw-astronomy.org/OpenLVEM.
Observatorios de ondas gravitacionales
LIGO ha sido financiado por la National Science Foundation (NSF) y operado por Caltech y MIT, que concibieron y construyeron el proyecto. El NSF, junto con Alemania (Sociedad Max-Planck), Reino Unido (Science and Technology Facilities Council) y Australia (Australian Research Council), lideraron el apoyo económico para el proyecto Advanced LIGO, aportando compromisos y contribuciones significativas al proyecto. Más de 1.600 científicos y científicas de todo el mundo participan en las tareas de la Colaboración Científica LIGO, que incluye a la Colaboración GEO. Una lista de colaboradores adicionales está disponible en http://ligo.org/partners.php.
La Colaboración Virgo está compuesta actualmente por unos 880 miembros procedentes de 152 instituciones en 17 países diferentes (principalmente europeos). El Observatorio Europeo Gravitacional (EGO, por sus siglas en inglés) alberga el detector Virgo cerca de Pisa en Italia, y ha sido financiado por el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en Francia, el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italia, y el National Institute for Subatomic Physics (Nikhef) en los Países Bajos. Una lista de los grupos de la Colaboración Virgo puede encontrarse en https://www.virgo-gw.eu/about/scientific-collaboration/. Más información está disponible en la página web de Virgo: https://www.virgo-gw.eu.
KAGRA es un interferómetro láser de brazos de 3 km de longitud situado en Kamioka, Gifu, Japón. El Institute for Cosmic Ray Research (ICRR) de la Universidad de Tokyo alberga el detector, y el proyecto está copatrocinado por el National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) y el High Energy Accelerator Research Organization (KEK). La colaboración KAGRA está formada por más de 400 miembros de 128 instituciones en 17 países / regiones. Información sobre KAGRA para el público general está disponible en https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/. Material para investigadoras e investigadores está accesible en http://gwwiki.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA