La actualización permite al observatorio detectar señales de colisiones entre agujeros negros cada dos o tres días, en comparación con una vez por semana o más, como antes.
Las ondas gravitacionales que detecta LIGO son creadas por objetos masivos y de rápido movimiento. Estas ondas estiran el tejido del espacio a medida que viajan. Desde que LIGO comenzó a operar en 2015, el observatorio ha registrado alrededor de 90 eventos de ondas gravitacionales, la mayoría de los cuales se originaron por el movimiento en espiral de pares de agujeros negros en proceso de fusión en uno.
Observatorio detecta colisiones de agujeros negros
LIGO consta de dos detectores, o interferómetros, ubicados en Washington y Luisiana. Un interferómetro divide un rayo láser en dos y los refleja de un lado a otro entre dos espejos colocados en los extremos de dos tubos de vacío largos. Cada tubo tiene 4 km de longitud y está dispuesto perpendicularmente en forma de L. En la intersección de los dos tubos hay un sensor.
En ausencia de perturbaciones en el espacio, las oscilaciones de los rayos se cancelarán entre sí. Pero si el espacio se estira mediante ondas gravitacionales, la distancia entre los rayos láser en los dos tubos debe moverse, para que no se superpongan perfectamente, y el sensor detectará este "desplazamiento de fase".
La cantidad de estiramiento que los eventos de ondas gravitacionales ejercen sobre las tuberías suele ser sólo una fracción del ancho de un protón. Para que el sensor pueda registrar cambios tan pequeños es necesario aislar el sistema del ruido proveniente del entorno y de los propios láseres.
El observatorio LIGO consta de dos interferómetros idénticos en Washington y Luisiana (EE. UU.). Cada interferómetro está formado por dos tubos de 4 km de longitud dispuestos en forma de L. (Foto: Xinhua/Caltech/MIT/LIGO Lab)
Durante una actualización antes del lanzamiento del observatorio en 2019-2020, los científicos redujeron el ruido utilizando una técnica llamada "compresión de luz".
Esta técnica tiene como objetivo reducir el ruido que proviene de la propia luz láser. La luz está formada por partículas individuales, por lo que cuando los rayos láser llegan al sensor, los fotones individuales pueden llegar antes o después, lo que provoca que las ondas láser no se superpongan y se cancelen por completo incluso en ausencia de ondas gravitacionales.
La técnica de “compresión de luz” introduce un rayo láser auxiliar en el interferómetro, con fotones más uniformes y menos ruidosos, para reducir este efecto, explica Lee McCuller, físico del Instituto de Tecnología de California.
No existe una medida perfecta
Pero debido a las extrañas reglas de la mecánica cuántica, reducir la incertidumbre en el tiempo de llegada de los fotones aumenta las fluctuaciones aleatorias en la intensidad de la onda láser. Esto hace que los láseres empujen contra los espejos del interferómetro y provoquen que estos se tambaleen, lo que genera otro tipo de ruido que reduce su sensibilidad a las ondas gravitacionales de baja frecuencia.
“Este es un hermoso fenómeno de la naturaleza, que demuestra que no podemos hacer una medición absolutamente precisa cuando el ajuste fino en un punto tiene un costo en otro”, dijo Nergis Mavalvala, físico experimental del MIT.
Simulación de dos agujeros negros que colisionan y se fusionan en uno. (Foto: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA)
La actualización de 2020 al presente tiene como objetivo abordar este problema. Los científicos construyeron tubos de vacío adicionales de 300 metros de largo, con espejos en ambos extremos, para almacenar el haz secundario durante 2,5 milisegundos antes de introducirlo en el interferómetro. La función de estos tubos es ajustar la longitud de onda del láser auxiliar, reduciendo el ruido en altas frecuencias y al mismo tiempo reduciendo la vibración del espejo en bajas frecuencias.
Con esta mejora, los investigadores podrán extraer información más detallada sobre cómo los agujeros negros generan ondas gravitacionales, incluyendo cómo cada agujero negro gira sobre su eje y cómo giran uno alrededor del otro. Esto significa que la teoría general de la relatividad de Albert Einstein —que predice la existencia tanto de agujeros negros como de ondas gravitacionales— será puesta a prueba con más rigor que nunca.
Los astrofísicos también predicen que las ondas gravitacionales revelarán otros tipos de señales además de las de las colisiones y fusiones de agujeros negros, como la firma gravitacional de una estrella que colapsa antes de convertirse en supernova. Los científicos también esperan detectar ondas gravitacionales desde la superficie de un púlsar, una estrella de neutrones giratoria que emite pulsos de radiación.
(Fuente: Zing News)
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