25 May LIGO vuelve a estar operativo tres años después

¿Has notado una falta de anuncios de ondas gravitacionales en los últimos años? Bueno, pues ahora es el momento de prepararse para una avalancha, ya que el observatorio de ondas gravitacionales por interferometría láser (LIGO) comienza el 24 de mayo una nueva ronda de observaciones de 20 meses de duración tras 3 años de parada.

LIGO ha estado inoperativo durante los últimos tres años, recibiendo importantes actualizaciones: Una de estas actualizaciones es la llamada «compresión cuántica», que reduce el ruido del detector para mejorar su capacidad de detectar ondas gravitacionales.

Los astrónomos esperan duplicar la sensibilidad de LIGO con esta actualización, lo que permitirá que las fusiones de agujeros negros se vean más claramente, y también podría permitir que LIGO viese fusiones que son más débiles o más lejanas. O tal vez incluso podría detectar nuevos tipos de fusiones que nunca antes se habían visto.

Lo que hace que LIGO sea aún más fuerte es que se le unirán otras dos instalaciones de ondas gravitacionales, el instrumento europeo Virgo y el nuevo detector japonés de ondas gravitacionales Kamioka, o KAGRA.

Desplazamientos a nivel subatómico

Las ondas gravitacionales son pequeñas ondas en el «tejido» del espacio-tiempo que viajan a través del Universo. Son causadas por objetos masivos que se mueven con aceleraciones extremas, como la colisión de agujeros negros, la fusión de estrellas de neutrones o la explosión de estrellas.

Cuando una onda gravitacional pasa a través de un objeto, las posiciones relativas de las partículas en el objeto cambian ligeramente, y solo a través de esos cambios podemos detectar las ondas gravitacionales. Pero ese cambio es minúsculo.

LIGO tiene dos detectores, uno ubicado en Hanfrod, Washington y el otro en Livingston, Louisiana. Cada detector consta de dos tubos de hormigón que se unen en la base (formando una L gigante) y se extienden perpendiculares entre sí a lo largo de unos 4 km.

Dentro de las tuberías, dos potentes rayos láser que rebotan en una serie de espejos pueden medir la longitud de cada brazo con extrema precisión. Cuando una fuerte onda gravitacional pasa por LIGO, los espejos se desplazan a nivel subatómico, tan solo unas pocas milésimas del ancho de un protón.

LIGO ha completado tres rondas de observación desde 2015: La primera ronda duró unos cuatro meses, la segunda unos nueve meses y la tercera 11 meses, antes de que la pandemia de COVID-19 obligara a cerrar las instalaciones.

A partir de la segunda ronda de observaciones, LIGO ha estado observando conjuntamente con Virgo: Al final de la tercera ronda, en marzo de 2020, los investigadores de la colaboración LIGO y Virgo habían detectado alrededor de 90 ondas gravitacionales producto de la fusión de agujeros negros y estrellas de neutrones.

Algoritmos mejorados y compresión cuántica

Escribiendo en «The Conversation», Chad Hanna, miembro del equipo de LIGO, explicó la nueva actualización de compresión cuántica que implicó agregar una cavidad óptica de 300 metros.

La compresión cuántica permite a los científicos reducir el ruido del detector utilizando las propiedades cuánticas de la luz. Hanna dijo que con esta actualización, además de las mejoras en el software que usan, el equipo de LIGO debería poder detectar ondas gravitacionales mucho más débiles que antes.

“Mis compañeros de equipo y yo somos científicos de datos del consorcio LIGO, y hemos estado trabajando en varias actualizaciones diferentes del software empleado para procesar datos de LIGO y los algoritmos que reconocen signos de ondas gravitacionales en esos datos”, escribió Hanna.

“Estos algoritmos funcionan mediante la búsqueda de patrones que coincidan con los modelos teóricos de millones de posibles eventos de fusión de agujeros negros y estrellas de neutrones.

El algoritmo mejorado debería ser capaz de detectar, más fácilmente que las versiones anteriores, los débiles signos de ondas gravitacionales en la información de LIGO y separarlos del ruido de fondo”.

Kimberly Burtnyk de Caltech dijo que con las actualizaciones, el equipo de LIGO tiene un «objetivo de sensibilidad» de 160-190 megaparsecs (Mpc) para fusiones de estrellas de neutrones binarias, lo que significa que esa es la distancia a la que LIGO puede esperar detectar la colisión de dos estrellas de neutrones.

LIGO, Virgo y KAGRA amplían los límites de la Astrofísica

Virgo tiene una sensibilidad objetivo de 80-115 Mpc, mientras que KAGRA, «que emplea una tecnología de detección única, pero desafiante», debería funcionar con una sensibilidad superior a 1 Mpc.

“Por supuesto, los eventos más violentos o más grandes, como las colisiones de agujeros negros, son detectables desde lugares mucho más profundos del Universo”, dijo Burtnyk, “pero usamos la distancia a la que podemos detectar fusiones de estrellas de neutrones como un medio para describir nuestra sensibilidad a todas las ondas gravitacionales.”

Hanna también dijo que los próximos meses deberían dar como resultado varias observaciones múltiples entre las tres instalaciones que ampliarán los límites de la astrofísica moderna.

Fuente: After Three Years of Upgrades, LIGO is Fully Operational Again