¿LIGO y Virgo detectaron la fusión de estrellas de materia oscura?

Las ondas gravitacionales son ondas en el tejido del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Estos se producen durante ciertos eventos violentos en el universo como las fusiones de agujeros negros, las supernovas o el Big Bang. Desde su primera detección en 2015 y tres series de observación, los detectores avanzados LIGO y Virgo han detectado casi 100 ondas.

Gracias a estas observaciones, estamos empezando a desentrañar la población de agujeros negros de nuestro universo, estudiar la gravedad en su régimen más intenso e incluso determinar la formación de elementos como el oro o el platino durante las fusiones de estrellas de neutrones.

Los detectores LIGO y Virgo no sólo son los regentes más precisos jamás construidos por la humanidad, sino que también son capaces de medir la sutil compresión y estiramiento del espacio-tiempo producido por las ondas gravitacionales.

La detección de ondas y la determinación de sus fuentes depende de la comparación de los datos del detector con modelos teóricos, o «plantillas», para las ondas emitidas por cada tipo de fuente. Básicamente, así es como la famosa aplicación Shazam nos cuenta los detalles (nombre, autor, año.) de la música que suena en el bar.

Aunque hay varias formas de calcular plantillas de ondas gravitacionales, las más precisas (y a veces las únicas) se realizan mediante simulaciones numéricas realizadas en algunas de las supercomputadoras más potentes del mundo. Sin embargo, hay una advertencia: la mayoría de las simulaciones numéricas no generan la cantidad leída por los detectores, llamada deformación, sino su derivada segunda, llamada escalar de Newman-Penrose.

Esto permite a los científicos realizar integrales dobles sobre los resultados de sus simulaciones. Codirector del estudio Dr. Universidad China de Hong Kong. Isaac Wang explica: «Aunque tomar las integrales parece simple, esta operación está sujeta a errores bien conocidos que sólo podemos manejar para fuentes simples como las fusiones. Los agujeros negros en órbitas circulares que LIGO y Virgo han estado detectando hasta ahora. Además, No es fácil de hacer y requiere cierta afinación manual que involucra decisiones humanas».

En un trabajo reciente publicado en la revista Revisión Física XEn el Instituto Gallego de Física de Altas Energías (España) el Dr. Un equipo liderado por Juan Calderón Bustillo “La Caixa Junior Leader” y “Marie Curie Fellow” y Dr. de la Universidad China de Hong Kong. Propuesto por Isaac Wang. Desde sus inicios se han realizado análisis de ondas gravitacionales.

En lugar de tomar integrales en sus simulaciones, los autores proponen tomar derivadas en los datos del detector, sin modificar sus simulaciones.

Dr. Calderón-Bustillo explica: «Esto puede parecer un ajuste bastante trivial, pero conlleva grandes beneficios. En primer lugar, simplifica enormemente el proceso de obtención de plantillas comparables para datos LIGO-Virgo. Lo más importante es que ahora podemos hacerlo de forma segura para cualquier fuente que las supercomputadoras simulan.»

De hecho, el equipo lleva mucho tiempo interesado en estudiar la posibilidad de que algunas de las señales actuales más exóticas y misteriosas puedan deberse a las llamadas estrellas de bosones.

El coautor del estudio, el Dr. Sanchis-Guyal dice: «Las estrellas bosónicas se comportan como agujeros negros, pero son fundamentalmente diferentes porque carecen de dos de los aspectos más singulares (y algo problemáticos) de los agujeros negros: su superficie de no retorno, llamada horizonte de sucesos, y una singularidad en el interior donde las leyes de la física se desmoronan. .»

Aunque el equipo sabe cómo simular estas fuentes en supercomputadoras, «tenemos una verdadera dificultad para entender cómo transformar el resultado de nuestras simulaciones en algo que podamos comparar con los datos del detector, porque proviene de problemas bien conocidos». cosas muy simples», dijo el Prof. Dice Alejandro Torres.

La primera aplicación de su nueva técnica, publicada en un trabajo aparte. Revisión física dEl equipo comparó algunos de los eventos de ondas gravitacionales observados por LIGO y Virgo con un gran catálogo de simulaciones de fusiones de bosones y estrellas.

«Si existen fusiones de estrellas de bosones, éstas podrían representar al menos una parte de lo que conocemos como materia oscura», afirma el profesor de la Universidad Avero. Dice Carlos Herdero.

De hecho, el equipo descubrió que uno de los eventos más misteriosos observados hasta ahora, conocido como GW190521, era consistente con tales simulaciones. Esto refuerza un resultado similar obtenido por el equipo en 2020, obtenido utilizando un catálogo significativamente más pequeño.

«Es muy emocionante ver que GW190521 es consistente con una fusión de bosones y estrellas», afirma Samson Liang, estudiante de doctorado en la Universidad China de Hong Kong, que participó en ambos estudios. «Esto no subraya el potencial papel de estos objetos exóticos en el futuro de la astronomía de ondas gravitacionales».

Prof. de la KU Leuven. Tjoni Li: «Este resultado también demuestra el poder de nuestro nuevo método. Simplemente tomando derivadas, hemos abierto una amplia ventana para explorar y comprender el universo a través de ondas gravitacionales».