El 11 de febrero de 2016, los científicos del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) anunciaron la primera detección de ondas gravitacionales. Este desarrollo, que confirmó una predicción hecha por la Teoría de la relatividad general de Einstein 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 agujeros negros.
Sin embargo, según un equipo de astrónomos de Glasgow y Arizona, los astrónomos no necesitan limitarse a detectar ondas causadas por fusiones gravitacionales masivas. Según un estudio que produjeron recientemente, la red de detectores de ondas gravitacionales Advanced LIGO, GEO 600 y Virgo también podría detectar las ondas gravitacionales creadas por la supernova. Al hacerlo, los astrónomos podrán ver el interior de los corazones de las estrellas colapsando por primera vez.
El estudio, titulado "Inferir el mecanismo de explosión de supernova de colapso del núcleo con simulaciones de ondas gravitacionales tridimensionales", apareció recientemente en línea. Dirigido por Jade Powell, quien 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 deberían ser capaces de detectar las ondas creadas por Core Collapse Supernovae (CSNe).
También conocidas como supernovas Tipo II, CCSNe es lo que sucede cuando una estrella masiva llega al final de su vida útil y experimenta un colapso rápido. Esto desencadena una explosión masiva que expulsa 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 energía gravitacional liberada por el colapso del núcleo a las regiones exteriores más frías de la estrella. La Dra. Powell y sus colegas creen que esta energía gravitacional podría detectarse utilizando instrumentos actuales y futuros. Como explican en su estudio:
“Aunque los detectores de ondas gravitacionales no han detectado CCSNe en la actualidad, los estudios anteriores indican que una red de detectores avanzados puede ser sensible a estas fuentes en la Gran Nube de Magallanes (LMC). Un CCSN sería una fuente ideal de mensajería múltiple para aLIGO y AdV, ya que se esperarían contrapartes neutrinas y electromagnéticas de 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 ondas gravitacionales ".
El Dr. Powell y ella también describen un procedimiento en su estudio que podría implementarse utilizando el Extractor de evidencia modelo Supernova (SMEE). Luego, el equipo realizó simulaciones utilizando los últimos modelos tridimensionales de supernovas de colapso del núcleo de ondas gravitacionales para determinar si se podía eliminar el ruido de fondo y hacer una detección adecuada de las señales CCSNe.
Como explicó el Dr. Powell a Space Magazine por correo electrónico:
“El Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) es un algoritmo que usamos para determinar cómo las supernovas obtienen la gran 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 artículo es que la energía de explosión proviene de los neutrinos emitidos por la estrella. En el segundo modelo, la energía de explosión proviene de una rotación rápida y campos magnéticos extremadamente fuertes ".
A partir de esto, el equipo concluyó que en una red de tres detectores, los investigadores podrían determinar correctamente la mecánica de explosión de las supernovas de rotación rápida, dependiendo de su distancia. A una distancia de 10 kiloparsecs (32,615 años luz) podrían detectar señales de CCSNe con una precisión del 100% y señales a 2 kiloparsecs (6,523 años luz) con una precisión del 95%.
En otras palabras, si una supernova tiene lugar en la galaxia local, la red global formada por los detectores de ondas gravitacionales Advanced LIGO, Virgo y GEO 600 tendría una excelente oportunidad de detectarla. La detección de estas señales también permitiría cierta ciencia innovadora, permitiendo a los científicos "ver" dentro de las estrellas en explosión por primera vez. Como explicó el Dr. Powell:
“Las ondas gravitacionales se emiten desde lo más profundo del núcleo de la estrella donde no puede escapar la radiación electromagnética. Esto permite que una detección de ondas gravitacionales nos brinde información sobre el mecanismo de explosión que no se puede determinar con otros métodos. También podremos determinar otros parámetros, como la rapidez con la que gira la estrella ".
La Dra. Powell, después de haber completado recientemente su trabajo de doctorado, también ocupará un puesto de postdoctorado en el Centro de Excelencia RC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav), el programa de ondas gravitacionales organizado por la Universidad de Swinburne en Australia. Mientras tanto, ella y sus colegas llevarán a cabo búsquedas específicas de supernovas que ocurrieron durante los primeros y segundos recorridos avanzados de observación de detectores.
Si bien en este momento no hay garantías de que encontrarán las señales solicitadas que demostrarían que las supernovas son detectables, el equipo tiene grandes esperanzas. Y dadas las posibilidades que ofrece esta investigación para la astrofísica y la astronomía, ¡casi no están solos!
