El detector de ondas gravitacionales de próxima generación en el espacio complementará a LIGO en la Tierra

EVANSTON: la primera detección histórica de ondas gravitacionales provenientes de agujeros negros en colisión muy lejos de nuestra galaxia abrió una nueva ventana para comprender el universo. Una serie de detecciones, cuatro más agujeros negros binarios y un par de estrellas de neutrones, pronto siguieron a la observación del 14 de septiembre de 2015.

Ahora, se está construyendo otro detector para abrir esta ventana. Se espera que este observatorio de próxima generación, llamado LISA, esté en el espacio en 2034, y será sensible a las ondas gravitacionales de una frecuencia más baja que las detectadas por el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser Ligado a la Tierra (LIGO).

Un nuevo estudio de la Northwestern University predice que docenas de binarios (pares de objetos compactos orbitantes) en los grupos globulares de la Vía Láctea serán detectables por LISA (Antena espacial del interferómetro láser). Estas fuentes binarias contendrían todas las combinaciones de componentes de agujero negro, estrella de neutrones y enana blanca. Los binarios formados a partir de estos cúmulos densos de estrellas tendrán muchas características diferentes de los binarios que se formaron de manera aislada, lejos de otras estrellas.

El estudio es el primero en utilizar modelos de cúmulos globulares realistas para hacer predicciones detalladas de las fuentes LISA. "Fuentes de LISA en cúmulos globulares de la vía láctea" fue publicada hoy, 11 de mayo, por la revista Physical Review Letters.

"LISA es sensible a los sistemas de la Vía Láctea y expandirá la amplitud del espectro de ondas gravitacionales, lo que nos permitirá explorar diferentes tipos de objetos que no son observables con LIGO", dijo Kyle Kremer, el primer autor del artículo, un Ph.D. estudiante de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro de una colaboración de investigación en astrofísica computacional basada en el Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica de Northwestern (CIERA).

En la Vía Láctea, hasta la fecha se han observado 150 cúmulos globulares. El equipo de investigación de Northwestern predice que uno de cada tres grupos producirá una fuente LISA. El estudio también predice que aproximadamente ocho binarios de agujeros negros serán detectables por LISA en nuestra galaxia vecina de Andrómeda y otras 80 en la cercana Virgo.

Antes de la primera detección de ondas gravitacionales por parte de LIGO, mientras se construían los detectores gemelos en los Estados Unidos, los astrofísicos de todo el mundo trabajaron durante décadas en predicciones teóricas de los fenómenos astrofísicos que observaría LIGO. Eso es lo que hacen los astrofísicos teóricos del noroeste en este nuevo estudio, pero esta vez para LISA, que está siendo construido por la Agencia Espacial Europea con contribuciones de la NASA.

"Hacemos nuestras simulaciones y análisis de computadoras al mismo tiempo que nuestros colegas están doblando metales y construyendo naves espaciales, para que cuando LISA finalmente vuele, todos estemos listos al mismo tiempo", dijo Shane L. Larson, director asociado de CIERA y autor del estudio. "Este estudio nos está ayudando a entender qué ciencia va a estar contenida en los datos de LISA".

Un cúmulo globular es una estructura esférica de cientos de miles a millones de estrellas, unidas por gravedad. Los cúmulos son algunas de las poblaciones de estrellas más antiguas de la galaxia y son fábricas eficientes de binarios de objetos compactos.

El equipo de investigación de Northwestern tuvo numerosas ventajas al realizar este estudio. En las últimas dos décadas, Frederic A. Rasio y su grupo han desarrollado una poderosa herramienta computacional, una de las mejores del mundo, para modelar de manera realista los cúmulos globulares. Rasio, el profesor Joseph Cummings en el departamento de física y astronomía de Northwestern, es el autor principal del estudio.

Los investigadores utilizaron más de cien modelos de cúmulos globulares totalmente evolucionados con propiedades similares a las de los cúmulos globulares observados en la Vía Láctea. Los modelos, todos creados en CIERA, se ejecutaron en Quest, el grupo de supercomputadoras de Northwestern. Este poderoso recurso puede evolucionar los 12 mil millones de años completos de la vida de un cúmulo globular en cuestión de días.