Isabel Cordero a la Setmana de la Ciència de Gandia 2020

Isabel Cordero, professora titular de la Facultat de Matemàtiques, àrea de Matemàtica Aplicada, de la Universitat de València, ha estat la cinquena conferenciant de la Setmana de la Ciència de Gandia 2020, organitzada per CEIC Alfons el Vell, la Universitat de València i la Universitat Politècnica de València, Campus de Gandia.

Amb la seua xarrada es tanca la IV Setmana de la Ciència de Gandia. Una setmana de difusió de la ciència cap a la societat que en aquest temps de pandèmia s’ha fet alhora presencial i virtual.

Isabel Cordero és llicenciada en Matemàtiques i Doctora en Astrofísica per la Universitat de València. Ha estat investigadora postdoctoral en l’Institut Max-Planck d’Astrofísica en Garching (Munich, Alemanya) i en l’Observatori de Paris-Meudon. També ha realitzat estades d’investigació en les universitats de Lieja i Namur en Bèlgica.

Compagina la tasca docent amb una activitat investigadora en el camp de la matemàtica aplicada i de l’astrofísica, amb especial interés en la relativitat numèrica i les ones gravitatòries.

És membre de la col·laboració internacional Virgo a València, on coordina les activitats de divulgació i comunicació. És membre de l’Editorial Board de la revista Journal of Physics Communications i de la Junta Directiva de la Sociedad Española de Relatividad y Gravitación. També té una participació activa en projectes amb estudiants universitaris de diferents graus, i dedica gran part del seu temps i de la seua il·lusió a moltes activitats de divulgació científica entre elles ser un membre actiu de l’Associació Sapiencia, a Port de Sagunt (el Camp de Morvedre).

En la seua conferència “Observatorios de ondas gravitatorias: tecnología punta para una ciencia fascinante“, després d’una senzilla introducció a la Relativitat General d’Einstein, ens ha explicat el que són les ones gravitatòries, pertorbacions de l’espai temps causades per gegantins xocs d’estels de neutrons o de forats negres, i que es propaguen per tot l’univers. El seu estudi és proporcionaria, per tant, moltíssima informació sobre aquests monstres celestes. La intensitat d’aquestes ones, però, és tan petita que en arribar a la Terra és pràcticament impossible mesurar-les.

Tanmateix al segle XXI l’interés per obtenir resultats ha impulsat la recerca en tecnologia de làsers, buit, estabilitat estructural, etc i des fa uns anys disposem d’uns revolucionaris observatoris que ens permeten captar aquestes subtils ones gravitatòries quan arriben a la terra. Des de la primera detecció d’una ona gravitatòria que travessà la Terra el 14 de setembre de 2015, resultat del xoc de dos forats negres de 29 i 26 masses solars respectivament, desenes d’esdeveniments s’han detectats als observatoris LIGO i Virgo, resultat que ha estat premiat pel Premi Nobel de Física del 2017 per els seus promotors.

La ciència que s’està fet és realment fascinant. De tot i això i més ens parlà Isabel Cordero i tot ho podeu veure en diferit al Canal YouTube del CEIC Alfons el Vell.

Setmana de la Ciència de Gandia 2020

La setmana pròxima, de dilluns 16 a divendres 20, celebrarem la IV Setmana de la Ciència de Gandia organitzada pel CEIC Alfons el Vell, la Universitat de València i la Universitat Politècnica de València.

Enguany és un any difícil per a tots però hem volgut continuar el nostre compromís amb la ciència.

Les conferències seran retransmeses a través del Canal de Youtube del CEIC:  SETMANA DE LA CIÈNCIA2020 , tot i que hi haurà la possibilitat d’accedir a la Casa de la Marquesa amb reserva prèvia i amb un aforament molt limitat. Els interessats, podran reservar a través del correu del CEIC Alfons el Vell:

ceicalfonselvell@gandia.org

GW190521: col·lisió inesperada de forats negres

Crèdits de la il·lustració: Raúl Rubio (Virgo Valencia Group, The Virgo Collaboration)

Avui a Astronomy Picture of the Day, (apod.cat, versió en català), una pàgina diària de divulgació de la NASA, es parla de la col·lisió de forats negres GW190521 i la imatge que ho il·lustra és la que va proporcionar el grup de la Universitat de València, el Valencia Virgo Group. Aquesta pàgina és una de molt de prestigi arreu del món.


Com es formen els forats negres com aquest?
Els dos forats negres que es movien en espiral per produir l’esdeveniment d’ones gravitacionals GW190521 no només eren els forats negres més massius mai observats fins ara pels detectors LIGO i VIRGO, sinó que les seves masses (66 i 85 masses solars) eren inesperades i sense precedents. Se sap que els forats negres de massa inferior, per sota d’unes 65 masses solars, es formen en explosions de supernoves. En canvi, es creu que els forats negres de massa superior, per damunt de 135 masses solars, són creats per estrelles molt massives que implosionen després d’haver consumit els elements que produeixen la fusió nuclear. Encara no se sap com van arribar a existir aquests forats negres de massa intermèdia, tot i que una hipòtesi sosté que són el resultat de col·lisions consecutives d’estrelles i forats negres en densos cúmuls estel·lars.
La il·lustració mostra els forats negres just abans de la col·lisió, amb fletxes que indiquen els seus eixos de rotació. Les ones espirals indiquen la producció de radiació gravitacional, mentre que les estrelles circumdants subratllen la possibilitat que la fusió es produís en un cúmul estel·lar.
La fusió de forats negres GW190521, observada l’any passat però provinent d’una època en què l’Univers tenia només la meitat de la seva edat actual (z ~ 0,8), és la més llunyana detectada fins ara.

Dos forats extremadament grans es fusionen i deixen els astrofísics perplexos (versió light)

Els forats negres són el pal de paller de molts aspectes de l’astrofísica moderna. Poden explicar el final de la vida de les estrelles de molta massa, són un punt de connexió entre la mecànica quàntica i la Relativitat General i estan relacionats amb la creació i evolució de les galàxies espirals com la nostra Via Làctia.

Cicle de vida d’una estrella massiva, des de que es forma en una nebulosa de gas fins que explota com a supernova i es crea un forat negre (black hole) o un estel de neutrons. ( Brooks/Cole Thomson Learning)

Aquests monstres estel·lars, residus d’estrelles molt massives que exploten de manera espectacular com a supernova, poden xocar entre ells a milions o a milers de milions d’anys llum de distància i, per tant, aquests xocs grandiosos són moltes vegades invisibles, fins i tot,  per als nostres telescopis més potents. Però aquests xocs fan vibrar l’estructura mateixa de l’Univers, la textura de l’espai-temps, una mena de llençol immens de quatre dimensions (3 espacials, l’espai, i una temporal, el temps), tal com prediu la Relativitat General, formulada per Albert Einstein el 1915.

Aquestes vibracions, anomenades ones gravitatòries, es propaguen per tot l’Univers, primerament amb molta intensitat, i, a poc a poc, van minvant la intensitat a mesura que s’expandeixen. És el mateix que passa quan llencem una pedra a l’aigua i les ones es propaguen per tot l’estany i l’amplitud de l’ona va minvant a mesura que s’allunya del punt d’impacte fins que arriba a la costa una ona minúscula.

Des de fa uns pocs anys disposem d’uns meravellosos instruments capaços de detectar i mesurar, quan arriben a la Terra, aquestes infinitesimals variacions de l’espai-temps, les ones gravitatòries. Aquests detectors (LIGO en Estats Units i Virgo en Europa) són capaços de mesurar variacions de la textura de l’Univers de la dècima part de la grandària d’un protó!

Els científics d’aquests observatoris d’ones gravitatòries LIGO i Virgo van anunciar ahir  la detecció de les vibracions causades per la col·lisió de dos forats negres de 66 i 85 masses solars que formaven un sistema orbital lligat binari i com a resultat del xoc van generar un forat negre final d’unes 142 masses solars. El forat negre resultant és el més massiu mai detectat amb ones gravitatòries. Se situa en un rang de masses en el qual un forat negre no ha sigut mai observat abans, ni a través d’ones gravitatòries ni amb observacions telescòpiques. El fet va ocórrer a uns 11 mil milions d’anys llum de nosaltres quan l’Univers encara era molt jove.

Cal destacar un fet que segurament us haurà passat per alt. La suma dels dos forats negres (66 + 85) dóna 151 masses solars. I el forat negre resultant té només 142 masses solars. On ha ant a parar la massa que falta? Efectivament 9 masses solars s’han convertit en l’energia de les ones gravitatòries. La formació del monstre final va durar 0,1 segons així que en una dècima de segons es volatilitzaren 9 masses solars. Això sí que és consum d’energia.

Els forats negres es creen com a resultat explosiu com a supernova d’un estel massiu al final de la seua vida.  La massa màxima d’una estrella és d’unes 120 masses solars. Durant l’explosió supernova s’expulsa gran part de la massa i el que queda col·lapsat al nucli formarà una estrella de neutrons o un forat negre. Els models preveuen masses dels forats negres creats d’un màxim de 20 masses solars. Models més moderns basats en observacions d’ones gravitatòries preveuen valors màxims de la massa d’un forat negre d’unes 50 masses solars. Per tant, com és possible que existeixen forats negres de 66 o 85 masses solars? Quin és el seu origen?

Aquest és el misteri que desconcerta els astrofísics. Quin és el mecanisme que pot produir monstres tan grossos? Algun procés encara desconegut? Aquesta és la meravella de la ciència. Quan creus que ho saps tot, t’ix una observació que et trau de la zona de confort. Ara hi ha feina per a un temps per a un grapat de científics per explicar-ho.

Aquesta és una versió senzilla de l’article que vaig publicar ahir. Sóc conscient que he simplificat molt i he abusat dels exemples. Demane disculpes per això. L’important és remarcat el fet que coneixem encara ben poc dels forats negres.

Imatges;

2.- Cicle de vida d’un estel massiu. De astronomyonline.org/Stars/HighMassEvolution.asp

Dos forats extremadament grans es fusionen i deixen els astrofísics perplexos

Els científics dels observatoris d’ones gravitatòries LIGO i Virgo han anunciat la detecció d’un sistema binari extraordinàriament massiu en el que s’han fusionat dos forats negres de 66 i 85 masses solars que van generar un forat negre final d’unes 142 masses solars. El forat negre romanent és el més massiu mai detectat amb ones gravitatòries. Se situa en un rang de masses en el qual un forat negre no ha sigut observat mai abans, ni a través d’ones gravitatòries ni amb observacions telescòpiques, i podria ajudar a explicar la formació de forats negres supermassius de milions de masses solars que trobem al centre de moltes galàxies com la nostra. A més, els dos forats negres inicials, si van sorgir del col·lapse final d’estrelles amb resultat de supernova, se situen en un rang de masses en el qual la seua existència es considera, en teoria, impossible, i podria per tant ajudar a millorar la nostra comprensió sobre les etapes finals de la vida de les estrelles massives. En definitiva, aquests forats negres van existir però no sabem com era possible que existiren segons el que coneixem.

Els forats negres es creen com a resultat explosiu com a supernova d’un estel massiu.  La massa màxima d’una estrella és d’unes 120 masses solars. Durant l’explosió s’expulsa gran part de la massa i el que queda col·lapsat al nucli formarà una estrella de neutrons o un forat negre. Els models preveuen masses dels forats negres creats d’un màxim de 20 masses solars. Models més moderns basats en observacions d’ones gravitatòries preveuen valors màxims de la massa d’un forat negre d’unes 50 masses solars. Per tant, com és possible que existeixen forats negres de 66 o 85 masses solars? Quin és el seu origen?

La comunitat científica de les col·laboracions internacionals que treballen amb el detector Advanced Virgo en l’Observatori Gravitatori Europeu (EGO, de les seues sigles en anglés), a Itàlia, i amb els dos detectors Advanced LIGO, als EUA, han anunciat la detecció d’un forat negre d’unes 142 masses solars, resultat final de la fusió de dos forats negres de 66 i 85 masses solars. Tant la component primària com el romanent se situen en un rang de masses que no ha sigut observat mai abans, ni a través d’ones gravitatòries ni amb observacions telescòpiques. El forat negre final és el més massiu mai detectat amb ones gravitatòries. L’esdeveniment d’ones gravitatòries va ser detectat pels tres interferòmetres de la xarxa global el 21 de maig de 2019. S’estima que la font del senyal, catalogada com GW190521, es troba a uns 11 mil milions d’anys llum de la Terra. Dos articles científics que informen sobre el descobriment i les seues implicacions astrofísiques han sigut publicats hui en Physical Review Letters i en Astrophysical Journal Letters respectivament.

Crèdit: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC).

Batre el rècord de massa de les deteccions en els períodes d’observació de Virgo i LIGO és només una de les diverses característiques especials que fan d’aquesta detecció una fusió excepcional i un descobriment sense precedents. Un aspecte crucial, que particularment va cridar l’atenció de la comunitat astrofísica, és que el romanent pertany a la classe dels anomenats “forats negres de massa intermèdia” (des d’unes cent fins a unes cent mil masses solars). L’interés en aquesta població de forats negres està relacionat amb un dels trencaclosques més fascinants i complexos de l’astrofísica i la cosmologia: l’origen dels forats negres supermassius. Aquests monstres gegants, de milions a milers de milions de vegades més massius que el Sol i sovint en el centre de les galàxies (la Via Làctia en té un de 4 milions de masses solars), podrien sorgir de la fusió de forats negres de massa intermèdia “més menuts”.

Fins hui, molt pocs candidats a forats negres de massa intermèdia han sigut identificats únicament a través d’observacions telescòpiques i l’objecte final creat en l’esdeveniment GW190521 és la primera observació d’un forat negre de massa intermèdia via ones gravitatòries. És d’un interés encara major el fet que aquesta detecció es trobe en el rang de 100 a 1.000 masses solars, que ha representat durant molts anys una espècie de “desert de forats negres”, a causa de l’escassetat d’esdeveniments candidats en aquest rang.

Crèdit: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)

Aquesta detecció obri la porta a descobrir molts més possibles efectes astrofísics nous”, comenta Thomas Dent, coordinador del programa d’ones gravitatòries en l’Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) i membre de la Col·laboració Científica LIGO. “Ha sigut molt complex interpretar el senyal en estar en el límit de la nostra capacitat tècnica. Només tindrem una idea clara de com es va formar el sistema que la va generar després d’investigacions addicionals i amb deteccions futures amb les quals comparar.

Estic molt orgullosa de la gran implicació dels grups LIGO-Virgo espanyols amb aquest nou esdeveniment, amb tota l’activitat desenvolupada al llarg de molts mesos, incloent tasques de gran responsabilitat, i les expectatives que aquest nou descobriment està generant entre els científics de camps afins”, assenyala Alicia Sintes, de la Universitat de les Illes Balears (UIB) i membre de la Col·laboració Científica LIGO. “En particular, Thomas Dent (IGFAE) i Juan Calderón Bustillo (Universitat Xinesa d’Hong Kong i anteriorment membre de la UIB), han sigut membres de l’equip editorial d’aquests articles; Sascha Husa i David Keitel, tots dos del IAC3-UIB han sigut revisors interns dels resultats obtinguts.

Crèdit: LIGO-Virgo/ Northwestern U. / Frank Elavsky & Aaron Geller.

Les components i la dinàmica del sistema binari coalescent GW190521 ofereix extraordinàries perspectives astrofísiques. El més massiu dels dos forats negres fusionats és major que qualsevol forat negre observat fins ara per LIGO i Virgo i fins i tot el més lleuger dels forats negres figura entre els més massius observats. En particular, les masses dels forats negres progenitors desafien els models astrofísics que descriuen el col·lapse de les estreles més massives, al final de les seues vides, a forats negres. Segons aquests models, les estrelles més massives es desestabilitzen completament en les explosions de supernova, a causa d’un procés anomenat “inestabilitat de parells”, deixant al seu pas únicament gas i pols còsmica. Per tant, la comunitat astrofísica no esperaria observar cap forat negre en aquest rang de masses entre unes 60 i 120 masses solars: exactament el rang de masses en el qual es troba la component més massiva de GW190521. Per això, aquesta detecció obri noves perspectives en l’estudi de les estrelles massives i els mecanismes de les supernoves.

Diversos escenaris prediuen la formació de forats negres en el buit en la distribució de masses a causa de la inestabilitat de parells: podrien ser el resultat de la fusió de forats negres més menuts o de la col·lisió de (múltiples) estrelles massives, o fins i tot de processos més exòtics”, afig Michela Mapelli de la Universitat de Padova i el INFN, i membre de la Col·laboració Virgo. “No obstant això, és també possible que hàgem de revisar la nostra comprensió actual de les etapes finals de la vida d’una estrella i les restriccions sobre la massa final en els processos de formació de forats negres.

De fet, la detecció de GW190521 per part de Virgo i LIGO subratlla l’existència de poblacions de forats negres que no han sigut observades mai abans o que són inesperades i, en això, planteja noves i intrigants preguntes sobre els mecanismes de formació. Malgrat la duració inusualment curta del senyal, que limita la nostra capacitat per a inferir les propietats astrofísiques de la font, les anàlisis més avançades i els models disponibles actualment suggereixen que els forats negres inicials tenien rotacions significatives, és a dir, giraven ràpidament.

El senyal mostra indicis de precessió, una rotació del pla orbital produït per rotacions de gran magnitud i orientació particular”, assenyala Tito Dal Canton, investigador del CNRS en el IJCLab en Orsay (França) i membre de la Col·laboració Virgo. “L’efecte és feble i no podem afirmar que siga present de manera categòrica, però, si fóra cert, donaria suport a la hipòtesi que els forats negres progenitors sorgeixen i viuen en entorns còsmics molt inestables i concorreguts, com un cúmul estel·lar dens o el disc d’acreció d’un nucli galàctic actiu.

Ha sigut necessari combinar totes les diferents capacitats dels membres de les nostres col·laboracions: les millores instrumentals, el desenvolupament de models numèrics, l’anàlisi de dades i la interpretació astrofísica. “Aquest esdeveniment realment ens ha portat fins als nostres límits: l’anàlisi completa d’aquest esdeveniment i la seua exhaustiva revisió per les col·laboracions ha necessitat d’un gran nombre d’investigadors durant més de 15 mesos! Cal també recordar que encara no tenim models complets d’aquesta mena de senyals: mentre podem descriure efectes de precesió raonablement bé, els forats negres en general poden presentar també òrbites notablement excèntriques, orbitant en forma d’el·lipses en lloc de cercles quan estan allunyats entre si. Estem treballant per a incloure aquest efecte abans que LIGO i Virgo observen més senyals, amb l’ajuda del supercomputador Mare Nostrum, un dels més ràpids ordinadors a Europa”, assenyala Sascha Husa (UIB).

Diversos possibilitats diferents són encara compatibles amb els resultats mostrats i fins i tot no ha sigut descartada la hipòtesi que els progenitors de la fusió puguen ser forats negres primordials. Estimem realment que aquesta fusió es va produir a una distància d’uns 11 mil milions d’anys llum (tècnicament la distància de lluminositat de la font és de 5.3 -2.6 +2.4 Gpc, que corresponen un corriment al roig de 0.82+0.28−0.34)

Respecte a les deteccions anteriors d’ones gravitatòries, el senyal GW190521 observat va tindre una duració temporal molt curta (0,1 segons) i és, per tant, molt més difícil d’analitzar. A causa de la naturalesa més complexa del senyal, altres fonts més exòtiques han sigut també considerades, i aquestes possibilitats estan descrites en una publicació complementària. No obstant això, són menys probables enfront de la possibilitat que la font siga una fusió d’un sistema binari de forats negres.

A causa de la baixa freqüència del senyal GW190521, el “refilet” previ a la col·lisió, característic de les deteccions anteriors, no és tan visible en els detectors”, afig José Antonio Font de la Universitat de València (UV) i membre de la Col·laboració Virgo. “El refilet es pot reduir de manera eficient a causa de la precesió del pla orbital, però també hi ha altres situacions, potser menys probables, on s’observa el mateix efecte, com en col·lisions amb excentricitat significativa. El treball conjunt realitzat per Nicolás Sanchis Gual i Alejandro Torres Forné del grup Virgo a València, i Juan Calderón Bustillo, recolzat en simulacions numèriques i inferència estadística, revela que podria haver-hi una certa confusió quant a la mena de sistema que ha produït aquest senyal.

La col·laboració entre el dissenyador gràfic valencià Raúl Rubio i el grup Virgo a València ha fet possible la producció de material de difusió que il·lustra aquest descobriment”, apunta Isabel Cordero Carrión, de la UV i membre de la Col·laboració Virgo.

A l’estat espanyol cinc grups estan contribuint a l’astronomia d’ones gravitatòries de LIGO-Virgo, en àrees que van des del modelatge teòric de les fonts astrofísiques i l’anàlisi de les dades fins a la millora de la sensibilitat del detector per als períodes d’observació actuals i futurs. Dos grups, a la Universitat de les Illes Balears (UIB) i a l’Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) de la Universitat de Santiago de Compostel·la (USC), formen part de la Col·laboració Científica LIGO; mentre que la Universitat de València (UV), l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) i l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) de Barcelona són membres de Virgo.

Una informació més tècnica pot llegir-se en aquest article

GW190521: La colisión de agujeros negros más masiva observada hasta la fecha. Ligo-Virgo Collaboration.

Un objecte misteriós es fusiona amb un forat negre

Fa uns dies els científics que controlen els detectors d’ones gravitatòries Virgo i LIGO anunciaren el descobriment d’un objecte compacte d’unes 2,6 masses solars, estant, per tant, en un interval entre l’estrella de neutrons més massiva i el forat negre més lleuger mai vist. En el fenomen observat ara, i que va ocórrer fa uns 800 milions d’anys,  aquest objecte misteriós es va fusionar amb un forat negre de 23 masses solars i, en fer-ho, va emetre una intensa ona gravitatòria. Atès que l’observació aïllada d’aquesta ona, que es va detectar a la Terra l’agost de 2019, no ens permet distingir si l’objecte compacte és un forat negre o una estrella de neutrons, la seua natura exacta continua sent un misteri.

Durant molt de temps, la comunitat astronòmica ha estat desconcertada per la manca d’observacions d’objectes compactes amb masses en l’interval des de 2,5 fins a 5 masses solars. Aquesta misteriosa zona grisa es coneix com el “buit en la distribució de masses“: un interval de masses aparentment massa petites per a un forat negre i massa grans per a una estrella de neutrons. Tant les estrelles de neutrons com els forats negres es formen quan estrelles molt massives esgoten el seu combustible nuclear i exploten com a supernoves. El que queda després de l’explosió depèn de la quantitat que roman del nucli de l’estrella. Els nuclis menys massius tendeixen a formar estrelles de neutrons, mentre que els més massius col·lapsen en forats negres. Entendre si hi ha un buit en la distribució de masses en l’interval esmentat, i per què, ha estat un enigma durant molt de temps per als científics.

El problema rau en el fet que un estel de neutrons té un interval de masses possibles a causa de diverses condicions físiques. Per això, un estel de neutrons té una massa de com a mínim 1,1 masses solars (M) mentre que el límit superior de la massa d’un estel de neutrons ve donat teòricament pel limit Tolman–Oppenheimer–Volkoff i és generalment d’uns 2,1 M. Tanmateix estudis recent posen el límit una mica més alt, fins a 2.16 M. De fet, la màxima massa observada és d’uns 2,14 M per a l’objecte PSR J0740+6620 descobert en setembre del 2019. Ara, si l’objecte misteriós és realment un estel de neutrons, caldrà repensar aquestes previsions o bé cercar un altre candidat totalment desconegut.

Representació en un gràfic de temps front a freqüència de les dades de l’esdeveniment GW190814, observat per LIGO Hanford (panell superior), LIGO Livingston (panell central) i Virgo (panell inferior). El temps conta des de 10 segons abans de la fusió dels dos objectes. La energía en una quadrícula determinada en temps-freqúència està representada per la paleta de colors. En el panel central el senyal fou més intens.

Les col·laboracions científiques que operen el detector Advanced Virgo a l’Observatori Gravitatori Europeu (EGO, per les sigles en anglès), prop de Pisa a Itàlia, i els dos Advanced LIGO, als Estats Units, han anunciat la descoberta d’aquest objecte d’unes 2,6 masses solars, és a dir, situat dins de l’anomenat “buit en la distribució de masses “, qüestionant així que aquest buit d’objectes realment existira. La natura de l’objecte continua sent un misteri, ja que aquesta observació d’ones gravitatòries per si sola no permet distingir si es tracta d’un forat negre o d’una estrella de neutrons. Fa uns 800 milions d’anys, l’objecte estrany es va fusionar amb un forat negre de 23 masses solars i, en fer-ho, va generar un forat negre final d’unes 25 vegades la massa del Sol. La fusió va emetre una intensa ona gravitatòria (la diferència de les masses abans i després de la fusió, d’unes 0,6 masses solars, convertides en energia) que els tres instruments de la xarxa van detectar el 14 d’agost de 2019, i, per tant, s’ha etiquetat com a GW190814. El descobriment s’acaba de publicar en la revista The Astrophysical Journal Letters.

Una peculiaritat d’aquest esdeveniment és que la fusió mostra la proporció més inusual entre masses d’un sistema de dos estels registrat fins a la data. La massa més gran és aproximadament 9 vegades més massiva que la massa menor.

L’anàlisi de la majoria de senyals anunciats per LIGO i Virgo fins a la data ha transcorregut sense grans sobresalts ja que les masses involucrades han facilitat la identificació precisa del tipus d’objectes“, comenta José Antonio Font, coordinador del grup Virgo a València. “Afortunadament, amb GW190814, com també va passar en part amb GW190425, entrem en un terreny on les conclusions ja no són tan senzilles. Aquest és un senyal apassionant que qüestiona les nostres idees sobre la formació dels objectes compactes. Benvingut siga!

Masses dels estels de neutrons i forats negres mesurats mitjançant ones gravitatòries i observacions telescòpiques. Les marques grogues i púrpura representen les mesures electromagnètiques (amb telescopis) d’estels de neutrons i forats negres, respectivament, mentre que les marques taronja i blava són les corresponents mesures usant ones gravitatòries. El senyal GW190814 destaca al mig de la figura com una fusió d’un forat negre i un objecte misteriós amb una massa d’unes 2,6 vegades la massa del Sol, un esdeveniment que va produir un altre forat negre. LIGO-Virgo. Frank Elavsky,  Aaron Geller,  Northwestern.

El senyal associat a una fusió tan inusual va ser clarament detectat pels tres instruments de la xarxa LIGO-Virgo, amb una relació global senyal-soroll de 25. Gràcies principalment al retard entre els temps d’arribada del senyal en els detectors, és dir, els dos Advanced LIGO als EUA i l’Advanced Virgo a Itàlia, la xarxa de 3 detectors va ser capaç de localitzar l’origen de la font que va generar l’ona en uns 19 graus quadrats.

La identificació de nous tipus de senyals com GW190814 es basa en la millora contínua dels models teòrics de formes d’ona “, afegeix l’investigador Sascha Husa, de la Universitat dels Illes Balears (UIB). “El grup UIB ha contribuït al desenvolupament d’alguns dels models utilitzats per a aquest esdeveniment, per als quals l’ús de la supercomputadora més gran d’Espanya, Mare Nostrum, ha estat essencial.”

Regió del cel d’on prové el senyal GW190814 amb la major probabilitat. Les àrees ombrejades en blau fan referència a l’anàlisi online inicial de les dades, mentre que les àrees ombrejades en púrpura fan referència a la localització final en el cel.

Quan els científics de LIGO i Virgo van detectar aquesta fusió, immediatament van enviar un avís a la comunitat astronòmica. Molts telescopis terrestres i espacials van fer un seguiment a la recerca de llum i d’altres ones electromagnètiques, però, a diferència de la famosa fusió de dues estrelles de neutrons detectada a l’agost de 2017 i que van donar lloc a l’anomenada astronomia multi-missatger, en aquest cas no es va recollir cap senyal.

Thomas Dent, coordinador del programa d’ones gravitatòries a l’Institut Gallec de Física d’Altes Energies (IGFAE), assenyala que “GW190814 mostra novament el potencial de la xarxa global de detectors per localitzar aquests misteriosos esdeveniments còsmics a l’espai amb més precisió, amb l’objectiu de buscar qualsevol emissió de llum o d’altres partícules. Estem millorant contínuament els mètodes per a la detecció i el seguiment de les fonts d’ones gravitatòries a mesura que la xarxa va ampliant-se.

Segons els científics de Virgo i LIGO, l’esdeveniment d’agost de 2019 no va ser vist en el espectre electromagnètic per diverses raons probables. En primer lloc, aquest esdeveniment estava sis vegades més lluny que GW170817, cosa que dificulta la detecció de qualsevol senyal electromagnètic. En segon lloc, si la col·lisió va involucrar dos forats negres, probablement no hi va haver cap emissió en l’espectre electromagnètic. En tercer lloc, si l’objecte més petit del sistema va ser, de fet, un estel de neutrons, el seu company forat negre 9 vegades més massiu podria haver-se’l engolit sencer; un estel de neutrons engolit completament per un forat negre no produiria cap emissió electromagnètica.

Gràcies a les millores a l’observatori Virgo/EGO, en les tècniques d’anàlisi de dades i en els models dinàmics astrofísics, àrees on l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) té un paper rellevant, esperem poder detectar més esdeveniments com GW190814 que ens permeten entendre la natura exacta d’aquests intrigants objectes astrofísics“, explica Jordi Portell, coordinador del grup Virgo al ICCUB.

La identitat de l’objecte detectat el 14 d’agost de 2019 continua sent un misteri.

A més de posar a prova el nostre enteniment de l’evolució estel·lar i de la producció d’estrelles de neutrons i forats negres en el buit de masses, la raó peculiar entre les masses del sistema binari i el fet de ser l’esdeveniment d’ones gravitatòries millor localitzat en el cel fins a la data sense contrapartida electromagnètica, ha permès dur a terme nous tests de la teoria de la gravetat i una nova mesura de la constant de Hubble, compatible amb aquella obtinguda mitjançant l’esdeveniment GW170817.

L’esdeveniment GW190814 és un bon exemple de com les ones gravitatòries tenen el potencial de canviar radicalment el nostre coneixement del cosmos tant a nivell astronòmic com a nivell de física fonamental“, declara Mario Martínez, coordinador del grup Virgo a l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) de la Universitat Autònoma de Barcelona. “Les dades acumulades pels interferòmetres LIGO i Virgo ara i en els propers anys amb una major sensibilitat hi contribuiran.

Futures observacions amb Virgo, LIGO i possiblement altres telescopis podran detectar esdeveniments similars i ajudar-nos a respondre les nombroses preguntes que ha plantejat la detecció de GW190814.

Cinc grups a l’estat espanyol estan contribuint a l’astronomia d’ones gravitatòries de LIGO-Virgo, en àrees que van des del modelatge teòric de les fonts astrofísiques fins a la millora de la sensibilitat del detector per als períodes d’observació actuals i futurs. Dos grups, a la Universitat dels Illes Balears (UIB) i a l’Institut Gallec de Física de Altes Energies (IGFAE) de la Universitat de Santiago de Compostel·la (USC), formen part de la Col·laboració Científica LIGO (EEUU); mentre que la Universitat de València (UV), l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) i l’IFAE de la Universitat Autònoma de Barcelona són membres de Virgo (Europa).

Més informació: “El curioso caso de GW190814: la fusión de un agujero negro de masa estelar y un objeto compacto misterioso”

Imatges. Col·laboració Virgo i LIGO.

Què n’esperem del 2020?

L’any 2020 ha començat i serà bo saber que podem esperar en el món de la ciència i tecnologia en els camps de l’astronomia, la física i la biologia. I com cada any la revista Nature ens ho explica. Tractaré de fer-ne un resum.

Astronomia i exploració espacial

Des del punt de vista de l’exploració espacial, Mart, la Lluna i el Sol seran els objectius principals de les agències espacials.

Mart rebrà enguany una veritable invasió terrestre.  La NASA llençarà el mes de juliol el nou explorador Mars 2020, que recol·lectarà mostres per ser recollides en futures missions. A destacar que per primera vegada es desplegarà un petit helicòpter per explorar més terreny al voltant del rover. Si tot funciona bé serà el seu quart rover marcià, després del Spirit, l’Opportunity i el Curiosity, que és l’únic que encara funciona. Tot un rècord. El nou explorador, de moment, no té nom popular assignat.

Rússia juntament amb l’Agència Espacial Europea llançarà també a l’estiu la missió ExoMars2020 i desplegarà una estació fixa, Kazachok, i un explorador mòbil en la superfície marciana. El rover, anomenat Rosalind Franklin en honor a la descobridora de l’estructura del ADN, buscarà proves de vida passada o present en Mart. L’anterior missió ExoMars2016 acabà de manera regular, ja que aconseguí posar el satèl·lit ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) en òrbita però estavellà el Mòdul de descens Schiaparelli. Ara esperem que aquesta vegada el rover europeu-rus arribe a la superfície sa i estalvi. De moment sembla que tenen problemes amb el paracaigudes.

L‘oposició de Mart del 2020 també serà aprofitada per Xina per envair-hi el seu primer mòdul de descens, Huoxing-1, que desplegarà un petit explorador. Vol aprofitar l’experiència dels seus rovers lunars.

I finalment, els Emirats Àrabs Units enviaran un orbitador, en la que serà la primera missió a Mart d’un país àrab.

La Lluna continuarà, com no podia ser d’una altra manera, sent un objecte d’interés per a les agències espacials. Xina continuarà amb el seu programa d’exploració amb la missió Chang’e-5 que retornarà  mostres de roques a la Terra. Mentrestant la missió Hayabusa2 del Japó arribarà a la Terra portant les preuades mostres de l’asteroide Ryugu. Per la seua part OSIRIS-REx arrencarà trossets de l’asteroide Bennu.

Solar Orbiter. ESA/ATG medialab

El Sol serà també protagonista enguany ja que a la sonda Parker que ja l’orbita, s’hi sumarà la gran nau europea Solar Orbiter, que amb 11 instruments científics, estudiarà de ben prop la corona i cromosfera solars.  A principis de febrer, un enorme coet Atlas V 411 el llençarà cap a la nostra estrella des de Cap Canaveral. Ja en parlarem.

Els científics de la col·laboració Event Horizon Telescope, que feren possible obtenir la primera imatge del forat negre de la galàxia M87 l’abril passat, tenen previst enguany donar-nos nous resultats espectaculars, aquesta vegada del forat negre supermassiu de la nostra galàxia, anomenat Sagitari A*.

Gaia, operada per l’Agència Espacial Europea (ESA), ha creat el mapa tridimensional més gran, precís, de la nostra Galàxia. Aquesta imatge mostra la visió de la Via Làctia basada en mesures de gairebé 1.700 milions d’estrelles.

A més a més, a final d’any es preveu publicar la nova actualització del mapa  3D de la Via Làctia, a partir de les dades de la missió Gaia. Les anteriors actualitzacions ens donaren molta informació relacionades amb l’estructura, el origen i l’evolució de la Via Làctia.

I els consorcis LIGO i Virgo continuaran descobrint ones gravitatòries causades per col·lisions de forats negres, estels de neutrons i, fins i tot forats negres i estels.

Física

Pròximament s´ha de debatre la proposta del Centre Europeu de Recerca Nuclear (CERN) de la futura construcció d’un nou col·lisionador sis vegades més potent que l’actual Gran Col·lisionador d’Hadrons LHC. Si s’aprova el projecte costaria uns 21.000 milions d’euros i caldria construir un nou anell de 100 km de circumferència sota la ciutat de Ginebra.

Des del descobriment del bosó de Higgs el 2012 no s’ha descobert cap nova partícula al CERN, per la qual cosa es pensa que cal construir màquines molt més potent per estudiar la matèria a més altes energies. Tanmateix, no tothom pensa que és bona idea fer unes despeses tan elevades per un retorn científic desconegut. La solució final la sabrem enguany.

I potser s’aconseguisca el somni de tot físic, aconseguir material sense resistència a temperatura ambient. De moment només s’ha pogut passar corrent sense pèrdues a molt baixes temperatures o a altes pressions. Però després de l’èxit dels compostos coneguts com a “superhidrurs de lantà”, que el 2018 van batre tots els rècords de temperatura per a la superconductivitat, els investigadors esperen sintetitzar superhidrurs d’itri que podrien ser superconductors a temperatures de fins a 53 ° C.

Finalment el sector energètic podria assolir una altra fita durant els Jocs Olímpics de Tòquio al juliol, quan es preveu que Toyota revele el primer prototip d’un cotxe alimentat per bateries d’ió de liti d’estat sòlid. Aquestes substitueixen el líquid que separa els elèctrodes de la bateria per un material sòlid, augmentant la quantitat d’energia que es pot emmagatzemar.

Moltes altres descobertes s’esperen en aquest 2020 en el camp de la biologia, com el del llevat sintètic, amb ADN creat en laboratori, les proves d’una vacuna contra la malària o el creixement d’òrgans humans en altres animals. Ho podeu llegir a l’article original de Nature.

Figures:
1- En una sala neta del Jet Propulsion Laboratory en Pasadena, California, els enginyers observen els primers moviments del Mars 2020 el 17 de desembre, 2019.

Comença la Setmana de la Ciència de Gandia

Per segon any, el CEIC Alfons el Vell uneix esforços amb la Universitat Politècnica de València i la Universitat de València per fer una gran Setmana de la Ciència. Totes les vesprades a les 19:30 tindrem conferències de primer nivell i obertes al públic en general i, pels matins, un munt d’activitats, tallers, exposicions, teatre, màgia o fins i tot un vaixell que hem posat a disposició dels centres educatius per acostar la ciència als nostres joves.La Setmana de la Ciència ha esdevingut un dels moments claus en el nostre calendari. Una setmana on concentrem els esforços de tot un any treballat per acostar la ciència a la societat en general però a la joventut en particular. Perquè des del CEIC Alfons el Vell tenim clar que la ciència és cultura i fer esforços per tindre una societat més culta i sàvia és la raó de ser de la nostra institució.

A més, la Setmana de la Ciència és un exemple organitzatiu, ja que uneix els esforços i els recursos de les nostres dos grans universitats amb la nostra modesta però digna institució, mostrant un camí de col·laboració i treball compartit que ofereix un resultat i que ens aclapara i ens ompli d’orgull. Només algunes xifres del que trobarem aquesta setmana: Vora 1.200 joves de 13 centres educatius passant per alguna de les 45 activitats organitzades en alguna de les tres seus que oferiran activitats de manera paral·lela (el Port, el Campus de la UPV i la Casa de la Marquesa). Tot un luxe.

(de la benvinguda a la Setmana de la Ciència al blog del CEIC Alfons el Vell)

Setmana de la Ciència 2018. CONFERÈNCIES
Setmana de la Ciència 2018. TALLERS

Projecte Belharra

La programació és:

DILLUNS 5

10:00 h. Casa de la Marquesa, Exposició/tallers: Una visita al genoma. A càrrec de: Lluís Pascual, Dep. Genètica, Facultat de Ciències Biològiques, Universitat de València
10:00 h. Casa de la Marquesa, Taller de Matemàtiques. A càrrec de: Salva Fuster.
10:00 h. Campus, Taller: Educació Ambiental. A càrrec de: Paloma Herrera. 
10:00 h. Port,  Activitats diverses al Port de Gandia.
10:00 h
. Port, El Cofre del Mar (activitats al port i al vaixell Belharra)
11:00 h.  Campus, Taller: Impressió 3D. A càrrec de: Tomàs Sogorb
…….       
Urbalab, Taller: Animació 2D-3D. (Contactar amb Urbalab).

19:30 h. Casa de la Marquesa Sala B. Conferència-Col·loqui: Ones gravitacionals.  A càrrec de Fernando Barbero, Investigador científic  CSIC. Instituto de Estructura de la Materia – Madrid

Resum:

El descobriment de les ones gravitatòries ha marcat una fita en la història de la física. La seua existència, predita fa més d’un segle per Einstein, ha estat confirmada recentment en els laboratoris LIGO i VIRGO. A més de la importància que sempre té en ciència confirmar totes les prediccions de les teories fonamentals, la detecció d’aquest tipus d’ones obre una nova finestra per a l’estudi de l’univers i una nova era en l’astronomia. La xerrada discuteix en primer lloc el que són les ones i els fenòmens ondulatoris com a pas previ per a explicar en què s’assemblen i en què es diferencien les ones gravitatòries d’altres fenòmens ondulatoris més familiars. La segona meitat de la xerrada es dedicarà a aspectes específics de les ones gravitatòries, el seu context teòric, la seua detecció i les seues aplicacions a l’astrofísica.

DIMARTS 6
10:00 h. Casa de la MarquesaExposició/tallersUna visita al genoma. A càrrec de: Lluís Pascual, Dep. Genètica, Facultat de Ciències Biològiques, Universitat de València
10:00 h. Urbalab, Taller de Fractals. A càrrec de: Anna Vidal Meló. Professora UPV-EPSG
10:00 h. Casa de la Marquesa, Taller: La bioquímica a les teues mans. A càrrec de: Ismael Mingarro i María Jesús García Murria, Dep. Bioquímica i Biologia Molecular, Facultat de Ciències Biològiques, Universitat de València
10:00 h. Campus, Taller: 
Inspecció ultrasònica de material.
10:00 h. 
Port, El Cofre del Mar (activitats al port i al vaixell Belharra).
…….   
   Urbalab, Taller: 
Noves tecnologies. Coneixes Arduino? (Contactar amb Urbalab).

19:30 h. Casa de la Marquesa Sala B. Conferència-Col·loqui: Ecosistemes costaners i fitoplàncton vistos des del espai. A càrrec de Maite Sebastiá Frasquet. Dra en Ciències Ambientals. Escola Politècnica Superior de Gandia, UPV

Resum:

Com a usuaris de les platges som conscients de les variacions de color que ofereixen les seues aigües. Aquest color és un atractiu del que es fa ús en campanyes de promoció turística, sent especialment desitjada la transparència de les aigües. En aquesta xarrada explicarem a què es deu el color de l’aigua, i especialment ens centrarem a un component molt important: el fitoplàncton. Gràcies al sensors remots i les tècniques de teledetecció podem observar el color de l’aigua des de l’espai, i detectar canvis com els produïts per floracions de fitoplàncton 

DIMECRES 7

10:00 h. Casa de la MarquesaExposició/tallersUna visita al genoma. A càrrec de: Lluís Pascual, Dep. Genètica, Facultat de Ciències Biològiques, Universitat de València
11:00 h. Casa de la Marquesa, Taller de llum, química i acció.  A càrrec de: Raquel Galian, Institut de Ciència Molecular – ICMOL, UV
10:00 h. Campus, Taller: Educació Ambiental. Paloma Herrera. 
10:00 h. Campus, Existeixen els Espectres? Romina del Rey
10:00 h.
 Port,  Activitats diverses al Port de Gandia.
10:00 h. 
Port, El Cofre del Mar (activitats al port i al vaixell Belharra).
………..   
Campus, Taller: Flors interactives. A càrrec de: Asun Pérez. La professora contactarà amb els centres.
…….       
Urbalab, Taller: Impressió 3D. (Contactar amb Urbalab).
16:30 h. Urbalab, Pon tus manos en la física A càrrec de: Chantal Ferrer (Física Aplicada i Electromagnetisme, Facultat de Física, UV) i Ana Cros (Institut de Ciència dels Materials, UV). (Dirigit al Professorat).

19:30 h. Casa de la Marquesa Sala B. Conferència-Col·loqui: Fractals i caos: l’aventura de la complexitat. A càrrec de Vicent Martínez. Catedràtic d’Astronomia i Astrofísica. Universitat de València.

Resum

Galileu Galilei, en la seua obra El assajador, deia que el llibre de la natura estava escrit en llenguatge matemàtic. Efectivament des dels temps d’Arquímedes, Pitàgores i Euclides fins als nostres dies, les matemàtiques s’han utilitzat amb gran èxit a l’hora de descriure els fenòmens de la natura, però hi ha molts aspectes d’ella que presenten asprors, irregularitats i fins i tot formes caòtiques que la geometria clàssica no pot descriure adequadament. Els fractals i la teoria del caos han contribuït a revelar de manera senzilla estructures complexes de la natura que semblaven escapar-se al llenguatge de les matemàtiques tradicionals, des del plegat del genoma humà fins a la distribució de les galàxies, des dels ritmes cardíacs fins al moviment estrany de petits satèl·lits en el sistema solar.

DIJOUS 8

 9:30 h. Port,  Taller acústica submarina. A càrrec de: Isabel Pérez Arjona
10:00 h. 
Casa de la MarquesaExposició/tallersUna visita al genoma. A càrrec de: Lluís Pascual, Dep. Genètica, Facultat de Ciències Biològiques, Universitat de València
10:00 h. Casa de la Marquesa, Taller:  Vols un fòssil? Fes-ho tu mateix. A càrrec de: Erica Boisset i Teresa Sáez Máñez, Museu d’Història Natural de la Universitat de València.
10:00 h. 
Campus, Taller: Educació Ambiental. A càrrec de: Paloma Herrera.
10:00 h. 
Campus, Existeixen els Espectres? A càrrec de: Romina del Rey
10:00 h. 
Port,  Activitats diverses al Port de Gandia. A càrrec de: Miguel Rodilla
10:00 h. Port, El Cofre del Mar (activitats al port i al vaixell Belharra).
………..   Campus, Taller: Flors interactivesA càrrec de: Asun Pérez. La professora contactarà amb els centres.
…….       Urbalab, Taller: Impressió 3D. (Contactar amb Urbalab).

19:30 h. Restaurant Visconti, Bar de ciències.  Qué és menjar sa?: Els dubtes, mites i enganys més extesos sobre l’alimentació. Presentació del llibre «¿Qué es comer sano?» A càrrec de J.M. Mulet. Dr. en química i investigador a l’Institut de Biología Molecular i Cel·lular de Plantes (IBMCP). Universitat Politècnica de València.

Resum:
En el món de l’alimentació i la nutrició circulen molts mites i informacions falses, i és difícil orientar-se en aquest maremàgnum informatiu. Que no sapiem filtrar aquesta informació afecta no només als nostres hàbits de compra sinó també a la nostra salut. Els mites neixen i moren, i alguns fins i tot reneixen al cap d’un temps.Durant la conferència parlarem del que hi ha de cert o de fals darrera de molts d’aquests mites.

DIVENDRES 9

 9:30 h. Port,  Taller acústica submarina. A càrrec de: Isabel Pérez Arjona
10:00 h. 
Casa de la MarquesaExposició/tallersUna visita al genoma. A càrrec de: Lluís Pascual, Dep. Genètica, Facultat de Ciències Biològiques, Universitat de València
10:00 h. Casa de la Marquesa, Taller: Màgia i ciència. Jaime Gómez-Hernández, catedràtic d’Enginyeria Hidràulica en la Escola d’Enginyers de Camins, Canals i Ports de la UPV 
10:00 h. Port, El Cofre del Mar (activitats al port i al vaixell Belharra).
11:00 h. Campus, Teatre: Hypatia, la luz del pensamiento. Companyia: Los Gatos con Batas
………..   
Campus, Taller: Flors interactives.  A càrrec de: Asun Pérez. La professora contactarà amb els centres.
…….     
 Urbalab, Apropament a l’univers Dron (Contactar amb Urbalab).

19:30 h. Casa de la Marquesa Sala B. Conferència-Col·loqui: Si els dinosauris pogueren parlar!… A càrrec de Maite Suñer Fuster. Dra. en Paleontologia. Directora del Museu Paleontològic d’Alpuente.

Resum:

Encara que d’alguna manera les roques i els fòssils sí parlen. La qüestió és saber desxifrar què compten. Com si de detectius del passat es tractés, tractarem de traduir al nostre llenguatge algunes de les “pistes” que els fòssils de dinosaures i altres organismes han deixat. Per finalitzar farem un recorregut per la Comunitat Valenciana per a conèixer com era la nostra terra durant l’era Mesozoica, quan els dinosaures poblaven el planeta.

DISSABTE 10

12:00 h.  Biblioteca Central, Teatre: La  Inspiración de Mary Shelley.  A càrrec de Los Gatos con Batas. Activitat oberta
al públic infantil i juvenil. Reserves a la Biblioteca.

 

 Imatges:

El vaixell Belharra i les tripulants Noèlia i Uxue. Algunes de les activitats es faran al port. Enric Marco.

Primera detecció d’ones gravitatòries de la col·lisió de dos estels de neutrons… i l’origen de l’or a la Terra

Per primera vegada, els científics han detectat de forma directa i simultània ones gravitatòries – ondulacions en l’espai-temps – i la llum provinent d’una col·lisió espectacular de dues estrelles de neutrons. Això constitueix la primera vegada que d’un esdeveniment còsmic observat en ones gravitatòries, s’ha descobert al mateix temps la seua contrapartida òptica i la radiació d’alta freqüència emesa. D’aquesta manera, finalment, hem pogut “veure” exactament d’on provenen els senyals observats. A més s’ha pogut explicar l’origen dels metalls pesats com l’or.

El descobriment ha estat realitzat utilitzant l’Observatori d’Ones Gravitatòries per Interferometria Làser (LIGO, per les sigles en anglès) situat als EUA, el detector Virgo situat a Europa, i uns 70 observatoris terrestres, 7 d’ells espacials. La coordinació mundial de milers de científics durant setmanes per monitoritzar el mateix fenomen ha permès aquest resultat espectacular.

Dos anells de casament. Origen: col·lisió de dos estels de neutrons. Wikipedia

El 17 d’agost de 2017, astrònoms de tot el món van ser avisats d’una observació d’ones gravitatòries registrada pels detectors LIGO avançat i per Virgo avançat. Aquest esdeveniment d’ones gravitatòries, conegut ara com GW170817, semblava ser el resultat de la fusió de dues estrelles de neutrons. La idea era captar en els primers moments els senyals emesos per la font astrofísica utilitzant telescopis capaços de recollir llums de longituds d’ona diferent, des d’ones de ràdio fins a raig gamma, passant per les ones de llum visibles.

Ondulacions de la gravetat, esclats de llum (4:17)

El 17 d’agost de 2017, LIGO) i Virgo van detectar, per primera vegada, ones gravitatòries a partir de la col·lisió de dues estrelles de neutrons. L’esdeveniment no només va ser “escoltat” en ones gravitatòries, sinó que també es va veure la llum captada per dotzenes de telescopis a terra i a l’espai. (Crèdit: LIGO-Virgo)

Menys de dos segons després del senyal GW170817, el satèl·lit Fermi de la NASA va observar un esclat de raigs gamma, conegut ara com GRB170817A, i en els minuts següents a aquestes deteccions inicials, desenes de telescopis al voltant del món van començar una extensa campanya d’observació.

El telescopi Swope a Xile va ser el primer a informar sobre una font òptica brillant (SSS17a) en la galàxia NGC 4993 i altres grups addicionals van detectar de forma independent el mateix senyal transitori durant els següents minuts i hores. Durant les setmanes següents, els astrònoms van observar aquesta galàxia amb instruments sensibles en tot l’espectre electromagnètic. El conjunt d’aquestes observacions proporcionen ara una visió exhaustiva d’aquest esdeveniment cataclísmic començant aproximadament 100 segons abans de la fusió dels estels de neutrons fins a diverses setmanes després. Les observacions avalen la hipòtesi que dos estels de neutrons es van fusionar en la galàxia NGC 4993, situada a 130 milions d’anys llum de distancia – produint ones gravitatòries, un esclat de raigs gamma de curta durada i una kilonova. L’esdeveniment GW170817 marca una nova era en l’astronomia de multi-missatgers, on el mateix esdeveniment és observat amb ones gravitatòries i electromagnètiques.

Els estels de neutrons són els estels més petits i densos coneguts. D’una massa d’una estrella mitjana, el seu diàmetre és d’uns 20 km. Per això són tan densos que una sola cullereta de café de la seua matèria pesa mil milions de tones.

Es formen quan estrelles més massives exploten en forma de supernoves. Quan dues estrelles de neutrons orbiten una al voltant de l’altra, el sistema perd energia en forma d’ones gravitatòries i, per tant les dues estrelles orbiten de forma espiral estant condemnades a unir-se de forma catastròfica després de mil·lennis. En el cas observat, a mesura que l’òrbita de les dues estrelles de neutrons girava en forma d’espiral, el sistema binari emetia ones gravitatòries que van ser detectades durant uns 100 segons abans del col·lapse. Al xocar, amb una velocitat prop de la tercera part de la velocitat de la llum, es va emetre un gran esclat de llum en forma de raigs gamma observat a la Terra uns dos segons després de la detecció de les pròpies ones gravitatòries.

En els dies i setmanes posteriors a la col·lisió, altres formes de llum o radiacions electromagnètiques – incloent raigs X, ultraviolada, òptica, infraroja i ones de ràdio – van ser també detectades. Les observacions han donat als astrònoms una oportunitat sense precedents per a investigar la col·lisió de dues estrelles de neutrons. Per exemple, les observacions realitzades per l’observatori Gemini d’Estats Units, l’European Very Large Telescope i el Hubble Space Telescope revelen traces de materials recentment sintetitzats, incloent or i platí, desxifrant el misteri no resolt durant dècades sobre on es produeixen aproximadament la meitat de tots els elements químics més pesats que el ferro.

A la Universitat de les Illes Balears hi ha un grup que col·labora amb Ligo (LIGO@UIB) des de fa temps mentre que a la Universitat de València el  Valencia Virgo Group participa en la Col·laboració Virgo des de l’1 de juliol del 2016. Enhorabona als dos grups.

Més informació:
Imatges:

1.-Col·lisió cataclísmica. Il·lustració artística de dues estrelles de neutrons xocant. La quadrícula de l’espai-temps ondulant representa les ones gravitatòries que surten de la col·lisió, mentre que les bandes estretes mostren les ràfegues de raigs gamma disparats pocs segons després de les ones gravitatòries. També es representen els remolins de material expulsat de les estrelles que xoquen. Els núvols de gas brillen amb longituds d’ona visibles i d’altres tipus de llum més energètica. NSF/LIGO/Sonoma State University / A. Simonnet.

2.-Primers fotons òptics de la font d’ones gravitatòries. Imatges òptiques i infraroges del telescopi Swope i Magellan de la primera contrapart òptica d’una font d’ones gravitatòries, SSS17a, a la seua galàxia, NGC 4993. La imatge esquerra és del 17 d’agost de 2017, 11 hores després de la detecció de LIGO-Virgo, i conté els primers fotons òptics detectats de la font. La imatge a la dreta és de quatre dies més tard, quan SSS17a, les conseqüències d’una fusió d’estrelles de neutrons, es va esvair significativament i el seu color es va tornar molt més vermell.1M2H / UC Santa Cruz i Carnegie Observatories / Ryan Foley.

3.- Representació artística d’un estel de neutrons sobre la badia de San Francisco. Observeu que petita és. Més informació. NASA.

4.-GW170817: esdeveniment global d’astronomia. Un mapa dels aproximadament 70 observatoris òptics que detectaren l’esdeveniment GW170817. El 17 d’agost de 2017, els detectors LIGO i Virgo van observar ones gravitatòries causat per dues estrelles de neutrons en col·lisió. Els telescopis òptics a tot el món van observar les seqüeles de la col·lisió en les hores, dies i setmanes següents. Van ajudar a identificar la ubicació de les estrelles de neutrons i van identificar signes d’elements pesats, com l’or, en el material expulsat de la col·lisió. LIGO-Virgo

El Nobel de Física pels descobridors de les ones gravitatòries

Era d’esperar. Després de l’anunci del descobriment de les ones gravitatòries l’11 de febrer de l’any passat estava cantat que els que idearen i desenvoluparen la manera de detectar allò tan tènue com aquestes ones guanyarien el Nobel de Física. L’any passat, només unes mesos després de l’anunci, era tècnicament impossible però d’enguany no havia de passar.

Perquè allò que han aconseguit  Reiner Weiss, Kip S. Thorne i Barry C. Barish, amb la Col·laboracio LIGO/Virgo al seu darrere, voreja quasi allò impossible. Fer visible i mesurar la deformació de l’espai-temps de l’ordre d’una mil·lèsima part de la grandària d’un protó causada per pas d’una ona gravitatòria. I usar les dades obtingudes per determinar l’origen d’aquesta ona, resultat del xoc de dos enormes forats negres situats a milers de milions d’anys-llum de distància.

L’existència d’aquestes ones era una de les previsions de la Teoria de la Relativitat General d’Albert Einstein. Tanmateix la complexitat tècnica de detectar-les ho va impedir durant 100 anys.

En el llibre clàssic Gravitation, de Misner, Thorne & Wheeler, editat el 1973, Kip Thorne ja comentava les dificultats de mesurar aquestes esquives ones en el capítol sobre detecció d’ones gravitatòries: “The technical difficulties to be surmounted in constructing such detectors are enormous. But physicists are ingenious; and with the impetus provided by Joseph Weber’s pioneering work, and with the support of a broad lay public sincerely interested in pioneering in science, all obstacles will surely be overcome.” (Les dificultats tècniques que cal superar en la construcció d’aquests detectors són enormes. Però els físics són enginyosos; i amb l’impuls proporcionat pel treball pioner de Joseph Weber i amb el suport d’un ampli públic interessat en la ciència d’avantguarda, tots els obstacles segurament seran superats.)

La detecció de les ones gravitatòries es va aconseguir en els dos  detectors del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) situats un a Luisiana i l’altre a l’estat de Washington, als EEUU, estacions separades 3002 km. Cada observatori consta d’un interferòmetre de Michelson modificat, format per dos braços iguals de 4 km de longitud, disposats en perpendicular i que es tallen en un dels seus extrems, dintre de tubs d’uns 1,2 m de diàmetre al buit. Per mesurar les longituds relatives dels braços, un únic feix de llum làser es divideix en la intersecció dels dos braços. La meitat de la llum làser es transmet en un braç, mentre que l’altra meitat es reflecteix en el segon braç. Uns espills estan suspesos com a pèndols en l’extrem de cada braç i prop del divisor de feix. La llum del làser en cada braç es reflecteix en aquests espills, i finalment torna a la intersecció, on interfereix amb la llum que arriba de l’altre braç.

Si les longituds dels dos braços s’han mantingut sense canvis, a continuació, les dues ones de llum que es combinen s’anul·len completament entre si (interfereixen destructivament) i no hi ha llum observada a la sortida. No obstant això, si una ona gravitatòria passa per l’interferòmetre pot estirar un braç i comprimir l’altre (al voltant de 1/1000 el diàmetre d’un protó) i els dos feixos de llum en retrobar-se ja no interfereixen anul·lant-se completament i donen un patró d’interferència que es detecta a la sortida. Analitzant aquests patrons de llum es pot aconseguir la informació sobre el canvi de longitud relativa entre els dos braços, que al seu torn informa de les característiques de les ones gravitatòria.

LIGO és un projecte de col·laboració amb més mil investigadors de més de vint països. Tots junts han aconseguit fer realitat una idea que ja té gairebé cinquanta anys. Els premiats amb el Nobel de Física del 2017 han estat, cadascun d’ells amb el seu entusiasme i determinació,  inestimable per a l’èxit de LIGO. Rainer Weiss i Kip S. Thorne, juntament amb Barry C. Barish, el científic i el líder que va dur a terme el projecte, han aconseguit, després de quatre dècades d’esforç, fer realitat la previsió d’Einstein i observar finalment ones gravitatòries.

Recentment s’ha posat en funcionament Virgo, el detector europeu situat prop de Pisa, Itàlia. Amb tres detectors la detecció de les ones és més precisa i permet afinar millor la procedència de l’esdeveniment còsmic responsable. Així el passat 27 de setembre la Col·laboració Virgo i la Col·laboració Científica LIGO presentaren la primera observació d’ones gravitatòries realitzada pels tres detectors conjuntament.

L’observació dels tres detectors va tenir lloc el 14 d’agost de 2017, a les 10:30:43 UTC. Les ones gravitatòries detectades –arrugues en l’espaitemps– van ser emeses durant els moments finals de la fusió de dos forats negres amb masses d’aproximadament 31 i 25 vegades la massa del Sol, localitzats prop d’1,8 milers de milions d’anys llum. El forat negre en rotació resultant té prop de 53 vegades la massa del Sol. Això significa que durant la coalescència es van convertir en energia en forma d’ones gravitatòries aproximadament tres masses solars.

Aquesta va ser la quarta detecció d’un sistema binari de forats negres. Encara que aquest esdeveniment és de rellevància astrofísica, té també un important valor afegit: aquest va ser el primer senyal d’ona gravitatòria captat pel detector Virgo, que ha acabat recentment la seua millora com a Advanced Virgo.

A la Universitat de les Illes Balears hi ha un grup que col·labora amb Ligo (LIGO@UIB) des de fa temps mentre que a la Universitat de València el  Valencia Virgo Group participa en la Col·laboració Virgo des de l’1 de juliol del 2016.

Ah! Per cert, Kip S. Thorne, com a expert en forats negres, va ser el guionista de la pel·lícula de ciència ficció Interstellar en la que els efectes de la Relativitat General són part essencial en el desenvolupament de la trama.

Imatges:
1.- Els guardonats amb el Nobel de Física de 2017.
2.- Els dos forats negres van emetre ones gravitacionals durant molts milions d’anys mentre giraven al voltant de l’altre. Ells tenen més a prop, abans de fusionar-se per convertir-se en un forat negre en algunes desenes de segon. Les onades van arribar a un crescendo que, per a nosaltres a la Terra, a 1300 milions de lliures de distància, semblava com un ximple còsmic que arribava a una parada abrupta.
3.- Diagrama simplificat del detector Advanced LIGO (no a escala). LIGO.
4.- Zona de procedència del senyal de la quarta detecció d’ones gravitatòries feta conjuntament per LIGO i Virgo.