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 análise, os resultados sobre este sinal (GW230529), presentados o pasado venres na reunión mensual da American Physical Society, supoñen unha especie de misterio cósmico: a masa dun dos dous obxectos cuxa colisión xerou esta onda gravitacional atópase 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.

Até o momento, a colaboración LIGO-Virgo-Kagra (LVK), formada por case 3.000 científicos 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.

Nesta análise participou un equipo de investigadores do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (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 Dr. Thomas Dent, líder do programa de investigación de ondas gravitacionais no IGFAE.

O intervalo de masas entre estrelas de neutróns e buracos negros

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

Até 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 buracos 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.

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 buraco 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 Dra. 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 buracos negros”, engade.

Cuarto ciclo de observación, con detectores máis sensibles

Este misterioso sinal 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 lles 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 á 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 investigador predoutoral do IGFAE Praveen Kumar tamén axudou a confirmar a importancia do sinal en análises posteriores fóra de liña.

Virgo e LIGO detectan un obxecto misterioso fusionándose cun buraco negro

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 sinales candidatas significativas. GW230529 é a primeira delas que se publica tras unha investigación detallada.

Mentres continúa o período de observación, o equipo de LVK están a analizar os datos da primeira metade do período e comprobando as 80 sinales candidatas significativas que xa foron identificadas. Ao final da cuarta rolda de observación, en febreiro de 2025, o número total de sinais de ondas gravitacionais observadas desde o primeiro achado, en 2015, superará xa as 200.

O IGFAE en LIGO

Despois da acreditación do IGFAE como Unidade de Excelencia María de Maeztu, en 2017, identificouse o elevado impacto potencial da liña de investigación de ondas gravitacionais. A aposta por esta disciplina fixo posible que o IGFAE incorporásese en outubro de 2018 á colaboración LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Actualmente, o equipo que participa en LIGO, liderado por Thomas Dent, está tamén composto por Juan Calderón (investigador Ramón y Cajal), e os estudantes de doutoramento Praveen Kumar, Ana Lorenzo e Verónica Villa.

A recente renovación do selo María de Maeztu reforzará a aposta  do IGFAE no estudo das ondas gravitacionais, que abriu unha nova era en 2015 coa primeira detección directa destes sinais, 100 anos despois de que Albert Einstein predixese teoricamente a súa existencia.

A imaxe amosa a fusión dun buraco negro de baixa masa (en gris escuro) cunha estrela de neutróns. O sinal de ondas gravitacionais aparece representado cun rango de cores que van desde o azul escuro ao máis claro. / Crédito: Créditos: I. Markin (Universidade de Potsdam), T. Dietrich (Universidade de Potsdam e Instituto Max Planck de Física Gravitacional), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Instituto Max Planck de Física Gravitacional).

Referencia: Observation of Gravitational Waves from the Coalescence of a 2.5–4.5 M⊙ Compact Object and a Neutron Star