El telescopio Fermi se acerca a la fuente de las ondas gravitacionales

Ondas gravitacionales

El 14 de septiembre, ondas de energía que viajaron más de mil millones de años sacudieron suavemente el espacio-tiempo en las proximidades de la Tierra.

La perturbación, producida por una pareja de agujeros negros en fusión, fue capturada por las instalaciones del Observatorio Interferómetro Láser de Ondas Gravitationales (LIGO) en Hanford, Washington, y Livingston, Louisiana.

Este evento marcó la primera vez en que se detectaron ondas gravitacionales, abriendo una nueva ventana científica sobre cómo funciona el universo.

Menos de la mitad de un segundo después, el monitor de explosiones de rayos gamma (GBM) en el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA capturó una breve y debíl ráfaga de luz de alta energía en consonancia con la misma parte del cielo. El análisis de esta explosión determina sólo una posibilidad del 0,2 por ciento de ser simplemente una coincidencia aleatoria. Los rayos gamma resultantes de una fusión de agujero negro serían un hallazgo hito porque se considera que los agujeros negros se fusionan "limpiamente", sin producir ningún tipo de luz.

"Este es un descubrimiento tentador con una baja probabilidad de ser una falsa alarma, pero antes de que podamos empezar a reescribir los libros de texto tendremos que ver más ráfagas asociadas con las ondas gravitacionales de las fusiones de agujeros negros", dijo Valerie Connaughton, un miembro del equipo GBM en el National Space, Science and Technology Center en Huntsville, Alabama, y autor principal de un artículo sobre la explosión en proceso de revisión por la revista The Astrophysical Journal.

Detectar la luz procedente de una fuente de ondas gravitacionales permitirá una comprensión más profunda del evento, informa la NASA. El GBM de Fermi ve todo el cielo que no es bloqueado por la Tierra y es sensible a los rayos X y los rayos gamma con energías entre 8.000 y 40 millones de electrón-voltios (eV). En comparación, la energía de la luz visible oscila entre alrededor de 2 y 3 eV.

Con estas características, GBM es el principal instrumento para detectar la luz de las explosiones de rayos gamma (GRBs cortos), que duran menos de dos segundos. Se cree ampliamente que aparecen al orbitar objetos compactos, como estrellas de neutrones y agujeros negros, formando una espiral hacia adentro y chocando entre sí. Estos mismos sistemas también se sospecha que son los productores principales de ondas gravitacionales.

"Con sólo un evento conjunto, rayos gamma y ondas gravitacionales juntos nos dirán exactamente lo que causa un GRB corto", dijo Lindy Blackburn, becario postdoctoral en el Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica en Cambridge, Massachusetts, y miembro de LIGO. "Existe una sinergia increíble entre las dos observaciones, con rayos gamma que revelan detalles acerca de la fuente energética y el medio ambiente local y las ondas gravitacionales que proporcionan una sonda única de las dinámicas que conducen al evento".

En la actualidad, los observatorios de ondas gravitacionales poseen visión relativamente borrosa. Esto mejorará con el tiempo a medida que más instalaciones comiencen a operar, pero para el evento de septiembre, conocido como GW150914 después de la fecha, los científicos de LIGO sólo podían rastrear el origen de un arco de cielo que abarca una superficie de unos 600 grados cuadrados, comparable a la zona angular sobre tierra ocupada por los Estados Unidos.

"Se trata de buscar la aguja de un GRB corto en un gran pajar, pero eso es para lo que nuestro instrumento está diseñado", dijo Eric Burns, un miembro del equipo de GBM en la Universidad de Alabama en Huntsville. "Una detección GBM nos permite reducir gradualmente el área de LIGO y reducir sustancialmente el pajar".

Menos de la mitad de un segundo después de que LIGO detectase ondas gravitacionales, GBM recogió un débil pulso de alta energía de rayos X que sólo duran alrededor de un segundo. El estallido se produjo de manera efectiva por debajo de Fermi y en un alto ángulo con respecto a los detectores de GBM, una situación que limita su capacidad para establecer una posición precisa. Afortunadamente, la Tierra bloquea una amplia franja de la ubicación probable de la explosión como se ve por Fermi, permitiendo a los científicos reducir aún más la posición de la ráfaga.

El equipo de GBM calcula una probabilidad de menos del 0,2 por ciento en fluctuaciones aleatorias que habrían ocurrido en tan estrecha proximidad a la fusión. Suponiendo que los eventos están conectados, la localización y el GBM vista de la Tierra de Fermi se combinan para reducir el área de búsqueda de LIGO a cerca de dos tercios, 200 grados cuadrados. Con una explosión en mejores condiciones para los detectores del GBM, o una lo suficientemente brillante como para ser vista para el Telescopio de Gran Área de Fermi, aún mayores mejoras son posibles.

El evento LIGO fue producido por la fusión de dos agujeros negros relativamente grandes, cada uno de aproximadamente 30 veces la masa del sol. Los sistemas binarios con agujeros negros tan grandes no se esperaba que fueran comunes, y aún quedan muchas preguntas acerca de la naturaleza y el origen del sistema.