Las Ondas Gravitacionales nos dejarán ver el interior de las Estrellas cuando se vuelvan Supernovas
Por Matt Williams para Universe Today Septiembre 12 de 2017
El 11 de febrero de 2016, científicos del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Láser Interferómetro (LIGO) anunciaron la primera detección de ondas gravitatorias. Este desarrollo, que confirmó una predicción hecha por la Teoría de Einstein de Relatividad General hace un siglo, ha abierto nuevas vías de investigación para cosmólogos y astrofísicos. Desde entonces, se han realizado más detecciones, todas las cuales se dice que son el resultado de la fusión de los agujeros negros.
Sin embargo, según un equipo de astrónomos de Glasgow y Arizona, los astrónomos no necesitan limitarse a detectar ondas causadas por fusiones gravitatorias masivas. Según un estudio que produjeron recientemente, la avanzada LIGO, GEO 600 y la red de detectores de ondas gravitatorias de Virgo también podrían detectar las ondas gravitatorias creadas por la supernova. Al hacerlo, los astrónomos podrán ver dentro de los corazones de las estrellas que se derrumban por primera vez.
El estudio, titulado "Inferir el Mecanismo de Explosión de la Supernova de Colapso Core-Collapse con Simulaciones Tridimensionales de Ondas Gravitacionales", apareció recientemente en línea. Dirigida por Jade Powell, que recientemente terminó su doctorado en el Instituto de Investigación Gravitacional de la Universidad de Glasgow, el equipo argumenta que los experimentos de ondas gravitacionales actuales deben ser capaces de detectar las ondas creadas por Supernovas Core Collapse (CSNe).
Por lo demás conocidas como supernovas de Tipo II, CCSNe es lo que sucede cuando una estrella masiva llega al final de su vida útil y experimenta colapso rápido. Esto desencadena una explosión masiva que sopla fuera de las capas externas de la estrella, dejando atrás una estrella de neutrones remanente que eventualmente puede convertirse en un agujero negro. Para que una estrella sufra tal colapso, debe ser al menos 8 veces (pero no más de 40 a 50 veces) la masa del Sol.
Cuando se producen estos tipos de supernovas, se cree que los neutrinos producidos en el núcleo transfieren la energía gravitatoria liberada por el colapso del núcleo a las regiones externas más frías de la estrella. El Dr. Powell y sus colegas creen que esta energía gravitacional podría ser detectada usando instrumentos actuales y futuros. Como explican en su estudio:
El Dr. Powell y ella también describen un procedimiento en su estudio que podría ser implementado usando el Supernova modelo Evidence Extractor (SMEE). A continuación, el equipo realizó simulaciones utilizando los últimos modelos tridimensionales de supernovas de colapso de núcleos de ondas gravitacionales para determinar si el ruido de fondo podía ser eliminado y la detección adecuada de señales CCSNe hechas.
Como explicó el Dr. Powell a Universe Today por correo electrónico:
A partir de esto, el equipo llegó a la conclusión de que en una red de tres detectores los investigadores podrían determinar correctamente la mecánica de explosión de supernovas de rotación rápida, dependiendo de su distancia. A una distancia de 10 kiloparsecs (32.615 años luz) podrían detectar señales de CCSNe con 100% de precisión, y señales a 2 kiloparsecs (6.523 años luz) con 95% de precisión.
En otras palabras, si y cuando se produce una supernova en la galaxia local, la red global formada por los detectores de ondas gravitacionales avanzados LIGO, Virgo y GEO 600 tendría una excelente oportunidad de captarlo. La detección de estas señales también permitiría algunas ciencias innovadoras, permitiendo a los científicos "ver" por primera vez en el interior de las estrellas en explosión. Como explicó el Dr. Powell:
Ilustración que muestra la fusión de dos agujeros negros y de las ondas gravitacionales que ondulan hacia fuera mientras que los agujeros negros espiral hacia uno a. Crédito de la imagen: LIGO / T. Pyle
La Dra. Powell, que recientemente terminó su trabajo de doctorado, también asumirá una posición de postdoc con el Centro de Excelencia para el Descubrimiento de Olas Gravitacionales (OzGrav), el programa de ondas gravitacionales organizado por la Universidad de Swinburne en Australia. Mientras tanto, ella y sus colegas estarán conduciendo buscadores específicos para las supernovas que ocurrieron durante el primer y segundo detector avanzado observando las carreras.
Aunque no hay garantías en este momento de que encontrarán las señales buscadas que demostrarían que las supernovas son detectables, el equipo tiene grandes esperanzas. Y teniendo en cuenta las posibilidades que esta investigación tiene para la astrofísica y la astronomía, que son apenas solos!
Lectura adicional: arXiv
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Por Matt Williams para Universe Today Septiembre 12 de 2017
El 11 de febrero de 2016, científicos del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Láser Interferómetro (LIGO) anunciaron la primera detección de ondas gravitatorias. Este desarrollo, que confirmó una predicción hecha por la Teoría de Einstein de Relatividad General hace un siglo, ha abierto nuevas vías de investigación para cosmólogos y astrofísicos. Desde entonces, se han realizado más detecciones, todas las cuales se dice que son el resultado de la fusión de los agujeros negros.
Sin embargo, según un equipo de astrónomos de Glasgow y Arizona, los astrónomos no necesitan limitarse a detectar ondas causadas por fusiones gravitatorias masivas. Según un estudio que produjeron recientemente, la avanzada LIGO, GEO 600 y la red de detectores de ondas gravitatorias de Virgo también podrían detectar las ondas gravitatorias creadas por la supernova. Al hacerlo, los astrónomos podrán ver dentro de los corazones de las estrellas que se derrumban por primera vez.
El estudio, titulado "Inferir el Mecanismo de Explosión de la Supernova de Colapso Core-Collapse con Simulaciones Tridimensionales de Ondas Gravitacionales", apareció recientemente en línea. Dirigida por Jade Powell, que recientemente terminó su doctorado en el Instituto de Investigación Gravitacional de la Universidad de Glasgow, el equipo argumenta que los experimentos de ondas gravitacionales actuales deben ser capaces de detectar las ondas creadas por Supernovas Core Collapse (CSNe).
Por lo demás conocidas como supernovas de Tipo II, CCSNe es lo que sucede cuando una estrella masiva llega al final de su vida útil y experimenta colapso rápido. Esto desencadena una explosión masiva que sopla fuera de las capas externas de la estrella, dejando atrás una estrella de neutrones remanente que eventualmente puede convertirse en un agujero negro. Para que una estrella sufra tal colapso, debe ser al menos 8 veces (pero no más de 40 a 50 veces) la masa del Sol.
Cuando se producen estos tipos de supernovas, se cree que los neutrinos producidos en el núcleo transfieren la energía gravitatoria liberada por el colapso del núcleo a las regiones externas más frías de la estrella. El Dr. Powell y sus colegas creen que esta energía gravitacional podría ser detectada usando instrumentos actuales y futuros. Como explican en su estudio:
"Aunque no se han detectado actualmente CCSNe por detectores de onda gravitacional, estudios previos indican que una red de detectores avanzada puede ser sensible a estas fuentes a la Nube de Magallanes Grande (LMC). Un CCSN sería una fuente multi-mensajero ideal para aLIGO y AdV, ya que se esperan neutrinos y contrapartes electromagnéticas a la señal. Las ondas gravitacionales se emiten desde el interior del núcleo de CCSNe, lo que puede permitir que parámetros astrofísicos, como la ecuación de estado (EOS), se midan a partir de la reconstrucción de la señal de onda gravitacional ".
El Dr. Powell y ella también describen un procedimiento en su estudio que podría ser implementado usando el Supernova modelo Evidence Extractor (SMEE). A continuación, el equipo realizó simulaciones utilizando los últimos modelos tridimensionales de supernovas de colapso de núcleos de ondas gravitacionales para determinar si el ruido de fondo podía ser eliminado y la detección adecuada de señales CCSNe hechas.
Como explicó el Dr. Powell a Universe Today por correo electrónico:
"El Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) es un algoritmo que usamos para determinar cómo las supernovas obtienen la enorme cantidad de energía que necesitan para explotar. Utiliza estadísticas bayesianas para distinguir entre diferentes modelos posibles de explosión. El primer modelo que consideramos en el trabajo es que la energía de la explosión proviene de los neutrinos emitidos por la estrella. En el segundo modelo la energía de la explosión viene de la rotación rápida y de los campos magnéticos extremadamente fuertes. "
A partir de esto, el equipo llegó a la conclusión de que en una red de tres detectores los investigadores podrían determinar correctamente la mecánica de explosión de supernovas de rotación rápida, dependiendo de su distancia. A una distancia de 10 kiloparsecs (32.615 años luz) podrían detectar señales de CCSNe con 100% de precisión, y señales a 2 kiloparsecs (6.523 años luz) con 95% de precisión.
En otras palabras, si y cuando se produce una supernova en la galaxia local, la red global formada por los detectores de ondas gravitacionales avanzados LIGO, Virgo y GEO 600 tendría una excelente oportunidad de captarlo. La detección de estas señales también permitiría algunas ciencias innovadoras, permitiendo a los científicos "ver" por primera vez en el interior de las estrellas en explosión. Como explicó el Dr. Powell:
"Las ondas gravitacionales se emiten desde el interior del núcleo de la estrella donde ninguna radiación electromagnética puede escapar. Esto permite que una detección de onda gravitacional nos informe información sobre el mecanismo de explosión que no puede determinarse con otros métodos. Podemos también ser capaces de determinar otros parámetros, tales como la rapidez con que la estrella está girando ".
Ilustración que muestra la fusión de dos agujeros negros y de las ondas gravitacionales que ondulan hacia fuera mientras que los agujeros negros espiral hacia uno a. Crédito de la imagen: LIGO / T. Pyle
La Dra. Powell, que recientemente terminó su trabajo de doctorado, también asumirá una posición de postdoc con el Centro de Excelencia para el Descubrimiento de Olas Gravitacionales (OzGrav), el programa de ondas gravitacionales organizado por la Universidad de Swinburne en Australia. Mientras tanto, ella y sus colegas estarán conduciendo buscadores específicos para las supernovas que ocurrieron durante el primer y segundo detector avanzado observando las carreras.
Aunque no hay garantías en este momento de que encontrarán las señales buscadas que demostrarían que las supernovas son detectables, el equipo tiene grandes esperanzas. Y teniendo en cuenta las posibilidades que esta investigación tiene para la astrofísica y la astronomía, que son apenas solos!
Lectura adicional: arXiv
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