Observació d'ones gravitacionals

La primera detecció d'ones gravitacionals fou anunciada l'11 de febrer de 2016, fruit de la col·laboració entre LIGO, VIRGO i GEO600. Les ones gravitacionals són produïdes per la fusió de dos forats negres a uns 410 megaparsecs de la Terra^{[1][2][3][4][5]} (uns 1.300 milions d'anys llum^[6]). El senyal va rebre el codi GW150914.^[1][2]

Observació d'ones gravitacionals

Tipus	branch of astronomy (en)
Part de	Multi-messenger astronomy (en)

Mesura de LIGO de les ones gravitacionals en el detector de Livingston (esquerra) i en el detector de Hanford (dreta), comparats amb els valors teòrics.

Ones gravitacionals

Article principal: Ona gravitacional

Les ones gravitacionals van ser predites el 1916^[7][8] per Albert Einstein, com una conseqüència de la seva teoria de la relativitat general. Es va poder observar^[9] l'evidència indirecta de les ones gravitacionals l'any 1974 a través del moviment del púlsar del sistema estel·lar binari PSR B1913+16, observació per la qual Russell Alan Hulse i Joseph Hooton Taylor, Jr. van rebre premi Nobel de Física de 1993.

Nomenclatura

Els esdeveniments d'ones gravitacionals es nomenem amb el prefix GW. Els dos següents nombres indiquen l'any de la detecció, els dos següents el mes i els dos últims nombres el dia. Esdeveniments que no s'han pogut confirmar s'anomenen LVT (per LIGO-Virgo trigger).

Detectors de LIGO

Braç nord de l'observatori de LIGO en Hanford

LIGO opera dos observatoris d'ones gravitacionals a la vegada: l'Observatori LIGO Livingston (30°33′46.42″N 90°46′27.27″O / 30.5628944, -90.7742417) a Livingston, Louisiana, i l'Observatori LIGO Hanford, al DOE Hanford Site (46°27′18.52″N 119°24′27.56″O / 46.4551444, -119.4076556), localitzat prop de Richland, Washington. Aquests llocs estan separats per 3.002 quilòmetres. Les operacions inicial de LIGO, entre 2002 i 2010, no van detectar cap ona gravitacional. Aquest període va estar seguit per un tancament de diversos anys mentre es reemplaçaven els detectors per d'altres millorats, la versió "Advanced LIGO".^[10] Al febrer 2015, els dos detectors van entrar en el mode d'enginyeria o preparació.^[11] Va ser durant aquest període quan es va detectar el primer esdeveniment, ja que la fase d'operació científica formal no va començar fins al 18 de setembre de 2015.

Fusió de forats negres

De tots els esdeveniments observats fins ara tots menys un han estat la fusió de dos forats negres.

Es pensa que els objectes resultants de la fusió son forats negres en rotació.^[12]

Fusió d'estrelles de neutrons

Només una de les deteccions realitzades fins ara (GW170817) ha estat producte de la fusió de dues estrelles de neutrons produint una kilonova.^[13][14] Aquest esdeveniment es va observar també en l'espectre electromagnètic confirmant les observacions i inaugurant l'astronomia multimissanger amb ones gravitacionals.^[15][16]

Llista d'ones gravitacionals detectades

List of binary merger events^[17][18]

Esdeveniment	Data de detecció (UTC)	DataPublicació	Àrea de Localitació[n 1] (deg²)	Distància(Mpc)[n 2]	Energiairradiada (c²M☉)[n 3]	Chirp mass (M☉)[n 4]	Spin efectiu[n 5]	Primari		Secundari		Resultant			Notes	Ref
								Tipus	Massa (M☉)	Tipus	Massa (M☉)	Tipus	Massa (M☉)	Spin[n 6]
GW150914	2015-09-14 09:50:45	2016-02-11	179; provinent del sud	430+150 −170	3,1+0,4 −0,4	28,6+1,6 −1,5	−0,01+0,12 −0,13	FN[n 7]	35,6+4,8 −3,0	BN [n 8]	30,6+3,0 −4,4	FN	63,1+3,3 −3,0	0,69+0,05 −0,04	Primera detecció d'una ona gravitacional. Primera fusió de forats negres observada	[24][25][23]
GW151012	2015-10-12 09∶54:43	2016-06-15	1.555	1.060+540 −480	1,5+0,5 −0,5	15,2+2,0 −1,1	0,04+0,28 −0,19	FN	23,3+14,0 −5,5	FN	13,6+4,1 −4,8	FN	35,7+9,9 −3,8	0,67+0,13 −0,11	Originalment candidat LVT151012, acceptat des de Novembre de 2018	[26][18][17]
GW151226	2015-12-26 03:38:53	2016-06-15	1.033	440+180 −190	1,0+0,1 −0,2	8,9+0,3 −0,3	0,18+0,20 −0,12	FN	13,7+8,8 −3,2	FN	7,7+2,2 −2,6	FN	20,5+6,4 −1,5	0,74+0,07 −0,05		[27][28]
GW170104	2017-01-04 10∶11:58	2017-06-01	924	960+430 −410	2,2+0,5 −0,5	21,5+2,1 −1,7	−0,04+0,17 −0,20	FN	31,0+7,2 −5,6	FN	20,1+4,9 −4,5	FN	49,1+5,2 −3,5	0,66+0,08 −0,10		[19][29]
GW170608	2017-06-08 02:01:16	2017-11-16	396; provinent del nord	320+120 −110	0,9+0,0 −0,1	7,9+0,2 −0,2	0,03+0,19 −0,07	FN	10,9+5,3 −1,7	FN	7,6+1,3 −2,1	FN	17,8+3,2 −0,7	0,69+0,04 −0,04	Fusió dels dos forats negres menys massius	[30]
GW170729	2017-07-29 18:56:29	2018-11-30	1033	2.750+1.350 −1.320	4,8+1,7 −1,7	35,7+6,5 −4,7	0,36+0,21 −0,25	FN	50,6+16,6 −10,2	FN	34,3+9,1 −10,1	FN	80,3+14,6 −10,2	0,81+0,07 −0,13	Fusió dels dos forats negres més massius. Esdeveniment més llunyà detectat.	[18]
GW170809	2017-08-09 08:28:21	2018-11-30	340	990+320 −380	2,7+0,6 −0,6	25,0+2,1 −1,6	0,07+0,16 −0,16	FN	35,2+8,3 −6,0	FN	23,8+5,2 −5,1	FN	56,4+5,2 −3,7	0,70+0,08 −0,09		[18]
GW170814	2017-08-14 10∶30:43	2017-09-27	87; cap a la constel·lació de Eridanus	580+160 −210	2,7+0,4 −0,3	24,2+1,4 −1,1	0,07+0,12 −0,11	FN	30,7+5,7 −3,0	FN	25,3+2,9 −4,1	FN	53,4+3,2 −2,4	0,72+0,07 −0,05	Primera detaccio feta per tres detectors. Primera mesura de la polarització d'ones gravitatòries	[31][32]
GW170817	2017-08-17 12∶41:04	2017-10-16	16; NGC 4993	40+10 −10	≥0.04	1,186+0,001 −0,001	0,00+0,02 −0,01	EN	1,46+0,12 −0,10	EN	1,27+0,09 −0,09	EN	≤2.8[n 9]	≤0.89	Primera fusió de dues estrelles de neutrons. Primera observació electromagnètica del mateix fenomen. Esdeveniment més proper detectat	[22][34][35]
GW170818	2017-08-18 02:25:09	2018-11-30	39	1.020+430 −360	2,7+0,5 −0,5	26,7+2,1 −1,7	−0,09+0,18 −0,21	FN	35,5+7,5 −4,7	FN	26,8+4,3 −5,2	FN	59,8+4,8 −3,8	0,67+0,07 −0,08		[18]
GW170823	2017-08-23 13:13:58	2018-11-30	1651	1.850+840 −840	3,3+0,9 −0,8	29,3+4,2 −3,2	0,08+0,20 −0,22	FN	39,6+10,0 −6,6	FN	29,4+6,3 −7,1	FN	65,6+9,4 −6,6	0,71+0,08 −0,10		[18]

Vegeu també

• Ona gravitacional
• LIGO

Notes

1. Àrea el cel on es va poder localitzar la font.
2. 1 Mpc és aproximadament 3.26 anys llum.
3. c²M_☉ és aproximadament 1.8×10³ foe; 1.8×10⁴⁷ J; 1.8×10⁵⁴ erg; 4.3×10⁴⁶ cal; 1.7×10⁴⁴ BTU; 5.0×10⁴⁰ kWh, o 4.3×10³⁷ tones de TNT
4. La massa de xip, molt semblant a la mitjana geomètrica de les masses binàries, és el paràmetre binari més rellevant per a l'evolució de la forma d'ona gravitatòria inspirada i, per tant, és la massa que es pot mesurar amb més precisió.
5. El paràmetre de gir inspirador efectiu adimensional és una combinació lineal ponderada en massa dels components dels girs dels forats negres alineats amb l'eix orbital.^[19][18] i té valors que van des de -1 a 1 (els extrems corresponen a situacions amb els dos girs del forat negre exactament antialineats i alineats, respectivament, amb el moment angular orbital).^[20] És el paràmetre de spin més rellevant per a l'evolució de la forma d'ona gravitatòria inspirada, i es pot mesurar amb més precisió que els dels BHs anteriors a la fusió.^[21]
6. Valors de la adimensional paràmetre de gir cJ/GM² per als forats negres van des de zero fins a un màxim d'un. Les propietats macroscòpiques d'un forat negre astrofísic (no carregat) aïllat estan completament determinades per la seva massa i gir. Els valors per a altres objectes poden superar un. El valor més gran conegut per a una estrella de neutrons és ≤ 0,4, i les equacions d'estat utilitzades habitualment limitarien aquest valor a <0,7.^[22]
7. L'estimació de gir és 0,26+0,52
   −0,24.^[23]
8. L'estimació de gir és 0,32+0,54
   −0,29.^[23]
9. A més de la pèrdua de massa a causa de l'emissió de GW que es va produir durant la fusió, es creu que l'esdeveniment va expulsar 0,05±0,02 massa solar de material.^[33]