Un equipo do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) participou na detección dunha colisión pouco habitual entre dous obxectos cósmicos situados a 650 anos luz da Terra. O 29 maio de 2023, un dos detectores da rede LIGO para a observación de ondas gravitacionais, situado en Livingston (Luisiana), ao sur dos Estados Unidos, observou un sinal que chegaba desde 650 millóns de anos luz. Despois de case un ano de análises, os resultados sobre este sinal, que recibiu o nome de GW230529, presentáronse na reunión mensual da American Physical Society. Durante o encontro desvelouse que un dos dous obxectos cuxa colisión xerou esta onda gravitacional se atopa nun intervalo moi pouco explorado ata o momento: é demasiado pesado para ser unha estrela de neutróns, pero moito máis lixeiro que calquera burato negro coñecido ata agora.

Ata o momento, a colaboración LIGO-Virgo-Kagra (LVK), formada por case 3.000 membros do persoal científico das tres redes de observatorios que participan na detección de ondas gravitacionais, non puido revelar a natureza deste obxecto. Só as futuras deteccións de eventos similares, especialmente os acompañados por refachos de radiación electromagnética, poderían axudar a resolver o misterio. Con todo, a observación de ondas gravitacionais permite sospeitar que o máis lixeiro é unha estrela de neutróns e o máis pesado un burato negro.

Publicidade

Na análise participou un equipo do IGFAE, centro mixto da Universidade de Santiago de Compostela e a Xunta de Galicia. “O noso traballo no IGFAE mellorou os métodos de procura utilizados por LVK para sinais de fusións binarias como GW230529, e entusiásmanos ver xa un resultado tan interesante. Sempre que se melloran os detectores ou os métodos de análise, hai máis posibilidades de que vexamos algo novo e sorprendente”, afirma o doutor Thomas Dent, líder do programa de investigación de ondas gravitacionais no IGFAE.

Intervalo de masas

Tanto as estrelas de neutróns como os buratos negros son obxectos extremadamente densos que proceden do colapso e explosión de estrelas. Xa desde antes da primeira observación directa das ondas gravitacionais en 2015 cada un destes obxectos detectábase de forma distinta: mentres que as masas das estrelas de neutróns se determinaban mediante observacións de radio, as dos buratos negros calculábanse a través de datos de raios X.

Ata agora, a maior parte destas medicións repartíanse en dous rangos distintos e, entre eles, había unha especie de fenda, de entre 2 e 5 veces a masa do Sol, desde as estrelas de neutróns máis pesadas ata os buratos negros máis lixeiros. Con todo, desde 2015, un pequeno número de medicións “invadiu” este intervalo de masas, o que xerou un importante debate entre a comunidade astrofísica.

Agora, a análise do sinal GW230529 mostra que procede da fusión de dous obxectos compactos. Un deles ten unha masa entre 1,2 e 2 veces a do Sol; e o outro, algo máis do dobre de masa. Aínda que o sinal de ondas gravitacionais non achega suficiente información para determinar con certeza se estes obxectos compactos son estrelas de neutróns ou buratos negros, parece probable que o obxecto máis lixeiro sexa unha estrela de neutróns e o máis pesado un burato negro. O equipo da colaboración LVK confía en que o obxecto máis pesado se atope dentro do intervalo de masa.

As observacións de ondas gravitacionais proporcionaron ata o momento 200 medicións de masas de obxectos compactos. E algunha delas, como o sinal GW190814, parece que tamén se encontra neste territorio inexplorado: procede da fusión dun burato negro cun obxecto compacto de masa superior á das estrelas de neutróns máis pesadas coñecidas e posiblemente nese rango case descoñecido.

“Aínda que xa se atoparon indicios da existencia de obxectos nesa brecha de masa tanto en ondas gravitacionais como electromagnéticas, este sistema é especialmente interesante porque se trata da primeira detección en ondas gravitacionais dun obxecto situado na fenda de masa e emparellado cunha estrela de neutróns”, explica a doutora Sylvia Biscoveanu, da Universidade Northwestern dos Estados Unidos. “A observación deste sistema tamén implica unha maior posibilidade de observar no futuro a radiación electromagnética emitida por fusións de estrelas de neutróns con buratos negros”, engade.

Cuarto ciclo de observación

O sinal misterioso foi detectado no cuarto ciclo de observación da colaboración LVK, que arrincou o 24 de maio de 2023. Esta nova fase conta con melloras nos detectores, na ciberinfraestrutura e no software de análise que permiten observar sinais máis afastados e extraer máis información sobre os eventos extremos nos que se xeran as ondas.

Os resultados iniciais chegaron despois de só cinco días de observacións. A detección do sinal para alertar a colaboración LVG en tempo real conseguiuse grazas á contribución da investigadora predoutoral do IGFAE Verónica Villa-Ortega e de Gareth Cabourn Davies, anteriormente investigador posdoutoral no IGFAE que agora traballa na Universidade de Portsmouth (Reino Unido). A contribución do científico do IGFAE Praveen Kumar tamén axudou a confirmar a importancia do sinal en análises posteriores fóra de liña.

Está previsto que o cuarto período de observación dure 20 meses, incluíndo unha pausa dun par de meses para levar a cabo o mantemento dos detectores e realizar unha serie de melloras. Ata o 16 de xaneiro de 2024, cando comezou esta a pausa, xa se identificaron un total de 81 sinais candidatos significativos. GW230529 é o primeiro que se publica tras unha investigación detallada.

As observacións de ondas gravitacionais reanudaranse este 10 de abril de 2024, despois dun parón técnico, cos detectores LIGO Hanford (Washington) e LIGO Livingston (Luisiana), en Estados Unidos, e Virgo (en Pisa, Italia), operando xuntos. Esta fase continuará ata febreiro de 2025.

Mentres continúa o período de observación, o equipo de LVK está a analizar os datos da primeira metade do período e comprobando os 80 sinais candidatos significativos que xa foron identificados. Ao final da cuarta rolda de observación, en febreiro de 2025, o número total de sinais de ondas gravitacionais observados desde o primeiro achado, en 2015, superará xa os 200.