INTEGRAL FIJA LÍMITES EN LOS RAYOS GAMMA DE LA FUSIÓN DE AGUJEROS NEGROS
Tras el descubrimiento de las ondas gravitatorias de la fusión de dos agujeros negros, el satélite INTEGRAL de la ESA no ha revelado rayos gamma simultáneos, tal como los modelos predicen.
Markus Bauer Oficial de Comunicaciónes Científicas de la ESA, Marzo 30 de 2016
El 14 de septiembre, el Observatorio de Ondas Gravitacionales (LIGO) detectó ondas gravitatorias – fluctuaciones en el tejido del espaciotiempo – producidas por un par de agujeros negros mientras se espiralaban orbitando entre sí antes de fusionarse. La señal duró menos de medio segundo.
El descubrimiento fue la primera observación directa de las ondas gravitacionales, predichas por Albert Einstein hace un siglo.
Dos días después de la detección, el equipo de LIGO alertó a una serie de instalaciones astronómicas terrestres y espaciales para buscar una posible contrapartida a la fuente de las ondas gravitatorias. La naturaleza de la fuente no estaba clara en ese momento, y se esperaba que las observaciones de seguimiento a través del espectro electromagnético pudieran proporcionar información valiosa sobre el culpable.
Las ondas gravitatorias se liberan cuando los cuerpos masivos son acelerados, y la emisión fuerte debe ocurrir cuando los restos estelares densos tales como las estrellas de neutrones o los agujeros negros espiralan hacia uno otro antes de coalescerse.
Los modelos predicen que la fusión de dos agujeros negros de masa estelar no produciría luz en ninguna longitud de onda , pero si una o dos estrellas de neutrones estuvieran involucradas en el proceso, entonces una firma característica debería ser observable a través del espectro electromagnético.
Otra posible fuente de ondas gravitacionales sería una explosión de supernova asimétrica, también conocida por emitir luz sobre un rango de longitudes de onda .
No fue posible señalar la fuente LIGO – su posición sólo podría reducirse a una franja muy larga a través del cielo.
Los observatorios registraron sus archivos en caso de que los datos hayan sido recopilados por casualidad en cualquier parte de esta franja alrededor del tiempo de la detección de ondas gravitatorias. También se les pidió que apuntaran sus telescopios a la misma región en busca de cualquier emisión de eventos "posteriores".
INTEGRAL es sensible a las fuentes transitorias de emisión de alta energía en todo el cielo, y así un equipo de científicos buscó en sus datos buscando signos de un repentino estallido de rayos X o rayos gamma que podrían haber sido registrados al mismo tiempo en que las ondas gravitacionales se detectaron.
"Buscamos todos los datos INTEGRAL disponibles, pero no encontramos ninguna indicación de emisión de alta energía asociada con la detección de LIGO", dice Volodymyr Savchenko del Centro François Arago en París, Francia. Volodymyr es el autor principal de un reporte de los resultados, publicado hoy en Astrophysical Journal Letters.
El equipo analizó los datos del escudo anti-coincidencia en el instrumento SPI de INTEGRAL. El escudo ayuda a separar las radiaciones y las partículas procedentes de direcciones distintas de aquellas en las que apunta el instrumento, así como detectar fuentes transitorias de alta energía en todo el cielo.
El equipo también analizó los datos del instrumento IBIS del INTEGRAL, aunque en ese momento no apuntaba a la franja donde se pensaba localizar la fuente de las ondas gravitatorias.
"La fuente detectada por LIGO liberó una enorme cantidad de energía en las ondas gravitatorias y los límites establecidos por los datos INTEGRAL sobre una posible emisión simultánea de rayos gamma son un millón de veces menores que eso", dice el coautor Carlo Ferrigno de INTEGRAL Science Data Center en la Universidad de Ginebra, Suiza.
El análisis subsecuente de los datos de LIGO ha demostrado que las ondas gravitacionales fueron producidas por un par de agujeros negros coalescentes, cada uno con una masa aproximadamente 30 veces la de nuestro Sol, localizada a unos 1.300 millones de años luz de distancia. Los científicos no esperan ver ninguna emisión significativa de luz a cualquier longitud de onda de tales eventos, y por lo tanto la detección nula de INTEGRAL es consistente con este escenario.
Del mismo modo, nada fue visto por la gran mayoría de las otras instalaciones astronómicas haciendo observaciones desde la radio y el infrarrojo a las longitudes de onda óptica y de rayos X.
La única excepción fue el Gamma-Ray Burst Monitor en el Telescopio Espacial de Rayos Gamma de Fermi de la NASA, que observó lo que parece ser una repentina explosión de rayos gamma alrededor de 0,4 segundos después de que se detectaron las ondas gravitatorias. La explosión duró aproximadamente un segundo y vino de una región del cielo que se superpone con la tira identificada por LIGO.
Esta detección provocó una abundancia de investigaciones teóricas, proponiendo posibles escenarios en los que dos agujeros negros de fusión de masa estelar podrían haber liberado rayos gamma junto con las ondas gravitatorias.
Sin embargo, si este rayo de rayos gamma había tenido un origen cósmico, ya sea vinculado a la fuente de onda gravitacional LIGO o con cualquier otro fenómeno astrofísico en el Universo, debería haber sido detectado por INTEGRAL también. La ausencia de tal detección por ambos instrumentos en INTEGRAL sugiere que la medición de Fermi podría no estar relacionada con la detección de ondas gravitacionales.
"Este resultado pone de relieve la importancia de las sinergias entre los científicos y las instalaciones de observación de todo el mundo en la búsqueda de tantos mensajeros cósmicos como sea posible, desde las ondas gravitacionales recientemente detectadas a las partículas y la luz a través del espectro", dice Erik Kuulkers, INTEGRAL Project Scientist at ESA .
Esto será aún más importante cuando sea posible observar las ondas gravitatorias desde el espacio. Esto ha sido identificado como el objetivo de la misión L3 en el programa Visión Cósmica de la ESA, y la tecnología para construirla está siendo probada en el espacio por la misión LISA Pathfinder de la ESA.
Tal observatorio será capaz de detectar las ondas gravitatorias de la fusión de agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias durante meses antes de la coalescencia final, lo que hace posible localizar la fuente de forma mucho más precisa y así proporcionar a los observatorios astronómicos un lugar y un tiempo para buscar la emisión electromagnética asociada.
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Cuando se detectaron por primera vez las ondas gravitacionales, por muchas circunstancias todo el mundo estaba esceptico de tal evento… entonces corrieron a todas las formas, en todos los observatorios, se hundieron en los datos de todos los instrumentos de los observatorios en la busqueda de otra explicación distinta a lo detectado, esta es parte de la historia ya que nadie creía que hubiera la fortuna premiado al equipo de los dos detectores LIGO con semejante debut triunfal N.T.
Tras el descubrimiento de las ondas gravitatorias de la fusión de dos agujeros negros, el satélite INTEGRAL de la ESA no ha revelado rayos gamma simultáneos, tal como los modelos predicen.
Markus Bauer Oficial de Comunicaciónes Científicas de la ESA, Marzo 30 de 2016
El 14 de septiembre, el Observatorio de Ondas Gravitacionales (LIGO) detectó ondas gravitatorias – fluctuaciones en el tejido del espaciotiempo – producidas por un par de agujeros negros mientras se espiralaban orbitando entre sí antes de fusionarse. La señal duró menos de medio segundo.
El descubrimiento fue la primera observación directa de las ondas gravitacionales, predichas por Albert Einstein hace un siglo.
Dos días después de la detección, el equipo de LIGO alertó a una serie de instalaciones astronómicas terrestres y espaciales para buscar una posible contrapartida a la fuente de las ondas gravitatorias. La naturaleza de la fuente no estaba clara en ese momento, y se esperaba que las observaciones de seguimiento a través del espectro electromagnético pudieran proporcionar información valiosa sobre el culpable.
Las ondas gravitatorias se liberan cuando los cuerpos masivos son acelerados, y la emisión fuerte debe ocurrir cuando los restos estelares densos tales como las estrellas de neutrones o los agujeros negros espiralan hacia uno otro antes de coalescerse.
Los modelos predicen que la fusión de dos agujeros negros de masa estelar no produciría luz en ninguna longitud de onda , pero si una o dos estrellas de neutrones estuvieran involucradas en el proceso, entonces una firma característica debería ser observable a través del espectro electromagnético.
Otra posible fuente de ondas gravitacionales sería una explosión de supernova asimétrica, también conocida por emitir luz sobre un rango de longitudes de onda .
No fue posible señalar la fuente LIGO – su posición sólo podría reducirse a una franja muy larga a través del cielo.
Los observatorios registraron sus archivos en caso de que los datos hayan sido recopilados por casualidad en cualquier parte de esta franja alrededor del tiempo de la detección de ondas gravitatorias. También se les pidió que apuntaran sus telescopios a la misma región en busca de cualquier emisión de eventos "posteriores".
INTEGRAL es sensible a las fuentes transitorias de emisión de alta energía en todo el cielo, y así un equipo de científicos buscó en sus datos buscando signos de un repentino estallido de rayos X o rayos gamma que podrían haber sido registrados al mismo tiempo en que las ondas gravitacionales se detectaron.
"Buscamos todos los datos INTEGRAL disponibles, pero no encontramos ninguna indicación de emisión de alta energía asociada con la detección de LIGO", dice Volodymyr Savchenko del Centro François Arago en París, Francia. Volodymyr es el autor principal de un reporte de los resultados, publicado hoy en Astrophysical Journal Letters.
El equipo analizó los datos del escudo anti-coincidencia en el instrumento SPI de INTEGRAL. El escudo ayuda a separar las radiaciones y las partículas procedentes de direcciones distintas de aquellas en las que apunta el instrumento, así como detectar fuentes transitorias de alta energía en todo el cielo.
El equipo también analizó los datos del instrumento IBIS del INTEGRAL, aunque en ese momento no apuntaba a la franja donde se pensaba localizar la fuente de las ondas gravitatorias.
"La fuente detectada por LIGO liberó una enorme cantidad de energía en las ondas gravitatorias y los límites establecidos por los datos INTEGRAL sobre una posible emisión simultánea de rayos gamma son un millón de veces menores que eso", dice el coautor Carlo Ferrigno de INTEGRAL Science Data Center en la Universidad de Ginebra, Suiza.
El análisis subsecuente de los datos de LIGO ha demostrado que las ondas gravitacionales fueron producidas por un par de agujeros negros coalescentes, cada uno con una masa aproximadamente 30 veces la de nuestro Sol, localizada a unos 1.300 millones de años luz de distancia. Los científicos no esperan ver ninguna emisión significativa de luz a cualquier longitud de onda de tales eventos, y por lo tanto la detección nula de INTEGRAL es consistente con este escenario.
Del mismo modo, nada fue visto por la gran mayoría de las otras instalaciones astronómicas haciendo observaciones desde la radio y el infrarrojo a las longitudes de onda óptica y de rayos X.
La única excepción fue el Gamma-Ray Burst Monitor en el Telescopio Espacial de Rayos Gamma de Fermi de la NASA, que observó lo que parece ser una repentina explosión de rayos gamma alrededor de 0,4 segundos después de que se detectaron las ondas gravitatorias. La explosión duró aproximadamente un segundo y vino de una región del cielo que se superpone con la tira identificada por LIGO.
Esta detección provocó una abundancia de investigaciones teóricas, proponiendo posibles escenarios en los que dos agujeros negros de fusión de masa estelar podrían haber liberado rayos gamma junto con las ondas gravitatorias.
Sin embargo, si este rayo de rayos gamma había tenido un origen cósmico, ya sea vinculado a la fuente de onda gravitacional LIGO o con cualquier otro fenómeno astrofísico en el Universo, debería haber sido detectado por INTEGRAL también. La ausencia de tal detección por ambos instrumentos en INTEGRAL sugiere que la medición de Fermi podría no estar relacionada con la detección de ondas gravitacionales.
"Este resultado pone de relieve la importancia de las sinergias entre los científicos y las instalaciones de observación de todo el mundo en la búsqueda de tantos mensajeros cósmicos como sea posible, desde las ondas gravitacionales recientemente detectadas a las partículas y la luz a través del espectro", dice Erik Kuulkers, INTEGRAL Project Scientist at ESA .
Esto será aún más importante cuando sea posible observar las ondas gravitatorias desde el espacio. Esto ha sido identificado como el objetivo de la misión L3 en el programa Visión Cósmica de la ESA, y la tecnología para construirla está siendo probada en el espacio por la misión LISA Pathfinder de la ESA.
Tal observatorio será capaz de detectar las ondas gravitatorias de la fusión de agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias durante meses antes de la coalescencia final, lo que hace posible localizar la fuente de forma mucho más precisa y así proporcionar a los observatorios astronómicos un lugar y un tiempo para buscar la emisión electromagnética asociada.
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