- Comunicación DF -

Como todos los años, el DF organiza un coloquio para comunicar los pormenores de Premio Nobel de Física con un experto en el tema. En esta ocasión, Mario Diaz, físico argentino, investigador en el proyecto LIGO (Observatorio de detección de ondas gravitatorias) en la Universidad de Texas y profesor visitante del DF contó por qué Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne recibieron el galardón de 2017. Además, la charla estuvo marcada por el reciente evento astrofísico donde se detectó por primera vez una combinación de ondas gravitacionales y radiación electromagnética, la primera kilonova.

“El 17 de agosto pasado, hace solo dos meses, yo estaba aquí en Buenos Aires cuando una alumna de doctorado que está haciendo su tesis en el observatorio de LIGO en Livingston me escribe un mensaje que decía: estrellas de neutrones... ¡guau! Desde ese momento, comenzó una carrera enloquecedora, que todavía no terminó, para tratar de entender lo que estaba pasando y también para comunicarse con los observatorios astronómicos. Porque, tal vez, lo más fascinante de este descubrimiento es la participación de una cantidad de personas que no necesariamente estaba conectada. A los dos segundos de la detección en uno de los detectores, el satélite FERMI de la NASA observa un estallido de rayos gamma de dos segundos de duración. No había ninguna duda, estaba clarísimo. En los días siguientes setenta observatorios en el mundo siguieron el evento”, resume muy entusiasmado Diaz.

Durante el coloquio el investigador enumeró el desarrollo de la astronomía de ondas gravitacionales: “una historia de cien años, que elegí contar seleccionando un par de momentos que yo considero que no pueden quedar afuera. Para mí, empieza en 1784 cuando John Mitchell, un astrónomo inglés, demuestra que puede haber estrellas con una relación peculiar de masa a radio que impide que la luz se escape. En 1915, Einstein formula la Teoría de la relatividad. Tuvo la gran capacidad de olvidarse del concepto puramente antropomórfico de fuerza para pensar en términos de geometría y entender que la gravedad no es más que la interacción de la geometría con la masa y la energía. El mismo año, Schwarzschild encuentra la primera solución exacta de la ecuaciones de Einstein. Entonces, el concepto de agujero negro en el contexto de la relatividad general queda establecido en 1915”.

Diaz continuó enumerando hechos trascendentes en la construcción del conocimiento de ondas gravitatorias durante todo el siglo XX. “En la década de los noventa hubo un momento en que debía discutirse la financiación de LIGO, el dinero que se necesitaba en esa época era de alrededor 300 millones de dólares. Quiero mostrarles algo que leí en el New York Times por esos días. Es el testimonio de un físico y astrónomo que se llama Anthony Tyson ante el comité de ciencia del congreso de EEUU, él habló en contra del financiamiento de LIGO, porque durante muchos años hubo una oposición muy grande en particular de la comunidad de astrónomos pero aún dentro de la comunidad de físicos había un escepticismo muy profundo acerca del éxito de este proyecto a corto plazo, claro que habría de definir qué es corto plazo”.

Anthony Tyson dijo: “Imaginen esta distancia, viajen alrededor del mundo 100.000 millones de veces (3.840 billones de kilómetros o un millón de veces la distancia de la Tierra a Neptuno). Tomen dos puntos separados por esa distancia. Una onda gravitacional fuerte la modificaría en un tamaño menor al espesor de un cabello humano. Tenemos probablemente menos de unas pocas décimas de segundo para medir ese efecto. Y no sabemos si este evento infinitesimal sucederá el próximo mes, el próximo año o tal vez en treinta años”. Lo interesante para Diaz es que el argumento de Tyson es cierto, sin embargo, los interferómetros se construyeron. En 1992 empiezan las obras, en el 2000 empiezan las observaciones que se llaman de ingeniería y dos años después la primera observación científica.

Apuntar al cielo

El hallazgo es fruto de la colaboración científica, se estableció un programa de seguimiento electromagnético y de partículas donde 74 grupos firmaron acuerdos de entendimiento con los laboratorios de LIGO y el proyecto Virgo en Italia. A lo largo de la charla, el investigador hizo referencia a TOROS, el agrupamiento de Telescopios Robóticos de Observación de Transitorios del Sur. “Es un equipo que hemos formado que incluye en gran parte a astrónomos argentinos, del que yo también formo parte. Este grupo también condujo observaciones de los mapas de cielo que proveyó LIGO en la primera detección con el telescopio de 1,5 metros de la estación astrofísica de Bosque Alegre”.

“Para hacer seguimiento electromagnético los detectores de ondas gravitacionales producen una alarma con una latencia terriblemente baja del orden de minutos, y a veces menos. Un equipo de humanos interviene para vetarla o aprobarla, luego la alarma se manda a los astrónomos que la van a seguir junto con unos mapas de cielo. Esto permite que los astrónomos puedan de manera automatizada decidir qué porción de cielo van observar según la mayor probabilidad de localización de las fuentes. “Apuntar” al cielo es un desafío porque regiones tan grandes ( entran 100 mil lunas llenas) son imposibles de barrer con telescopios de campo ancho y la mayoría de los que pueden observar profundamente son de campo muy pequeño”.

Siguiendo a la binaria

“Todo el mundo especulaba que la primera kilonova a detectar iba a ser de una magnitud muy débil, por lo que iba a ser muy difícil verla. La que observamos tuvo magnitud 15, ¡eso se puede ver con un telescopio de aficionado de cuatro pulgadas!”, relata Diaz y explica que como los eventos de este tipo no duran mucho -sólo un para de días a diferencia de una supernova que puede permanecer hasta cuarenta días- hay que determinar el área y la profundidad para saber cuántas galaxias pueden contener la fuente. “Entonces,  se utiliza un catálogo de galaxias de ondas gravitacionales y se desarrolla un sistema de software para crear esos mapas muy rápidamente”.

“Todas la observaciones confirman la hipótesis de que el evento fue producido por un choque de una estrella de neutrones. La misión óptica es consistente con los modelos de lo que se llama kilonova; los datos de LIGO indican que fueron dos estrellas de 1.3 y 1.6 masas solares, aunque las incertezas para las masas son grandes; a unos 130 millones de años luz de La Tierra”.

A través de un gráfico el investigador mostró cómo resultó el espectro de ondas gravitacionales: “en un diagrama de cinco frecuencias de datos de conteo de fotones de los satélites podemos ver que a las 11 horas y 36 minutos después del evento se observa emisión infrarroja, a las 15 horas emisión ultravioleta brillante que dura muy poco, a los nueve días se detectan emisiones de rayos X de la fuente y 16 días después del evento emisiones de radio. Todo sigue de manera aproximada los modelos de kilonovas que se vienen desarrollando en los últimos diez años”.

“Un kilonova produce esencialmente elementos pesados en cantidades del orden de una décima o una milésima de masas solares eyectadas a velocidades que son de una décima o una tercera parte de la velocidad de la luz. Esto, es una fuente de lo que se llama procesos nucleares rápidos, prácticamente no suceden en las estrellas comunes como el sol. Estos lugares serían donde se producen los elementos pesados que nosotros encontramos en La Tierra, como el oro".