Telescopio de Fermi de la NASA preparado para Pin abajo fuentes de ondas gravitacionales

El 14 de septiembre, oleadas de energía que viaja por más de 1.000 millones de años suavemente habían sacudido espacio-tiempo en las proximidades de la Tierra. El disturbio, producido por un par de la fusión de agujeros negros, fue capturado por las instalaciones del Observatorio de ondas gravitacionales interferómetro de láser (LIGO) en Hanford, Washington y Livingston, Luisiana. Este evento marca la primera detección de ondas gravitacionales y se abre una nueva ventana científica sobre cómo funciona el universo.

Menos de medio segundo más tarde, el Gamma-ray Burst Monitor (GBM) en el telescopio de la NASA Fermi de rayos Gamma recogido una breve débil estallido de alta energía luz consistente con la misma parte del cielo. El análisis de esta explosión sugiere apenas 0.2 por ciento en oportunidad de ser simplemente coincidencia al azar. Rayos derivados de una fusión del agujero negro sería un hito encontrar porque se espera que los agujeros negros se combinen "limpiamente", sin producir a ningún tipo de luz.

Esta visualización muestra las ondas gravitacionales emitidas por los dos agujeros negros (esferas negras) de masa casi igual como ellos dan vueltas en espiral juntos y se combinan. Estructuras amarillo cerca de los agujeros negros ilustran la fuerte curvatura del espacio-tiempo en la región. Ondas naranja representan las distorsiones del espacio-tiempo causada por las masas que rápidamente órbita. Estas distorsiones se extendían y debilitaran, en última instancia convirtiéndose en ondas gravitacionales (morado). La escala de tiempo de fusión depende de las masas de los agujeros negros. Un sistema que contiene agujeros negros con cerca de 30 veces la masa del Sol, similar a la detectada por LIGO en 2015, el período orbital en el comienzo de la película es sólo 65 milisegundos, con los agujeros negros que se mueve en alrededor del 15 por ciento la velocidad de la luz. Las distorsiones del espacio-tiempo irradian lejos energía orbital y causan el binario contrayendose rápidamente. Como los dos agujeros negros cerca unos de otros, combinan en un agujero negro que se instala en su fase de "anillo abajo", donde se emiten las ondas gravitacionales finales. Para la detección de la LIGO de 2015, estos acontecimientos jugaron hacia fuera en poco más de un cuarto de segundo. Esta simulación fue realizada en el superordenador Pleiades en el centro de investigación Ames de la NASA. Créditos: NASA/Bernard J. Kelly (Goddard y Universidad de Maryland Baltimore County), Chris Henze (Ames) y Tim Sandstrom (CSC Government Solutions LLC)

"Este es un descubrimiento tentador con una baja probabilidad de ser una falsa alarma, pero antes de que podemos empezar a reescribir los libros de texto necesitamos ver más explosiones asociadas con las ondas gravitacionales de fusiones de agujeros negros," dijo Valerie Connaughton, un miembro del equipo de GBM en ciencia y tecnología Instituto en Huntsville, Alabama y autor principal de un documento de Asociación de investigación del espacio de las universidades en la ráfaga ahora bajo revisión por parte de The Astrophysical Journal.

Detectar luz de una fuente de ondas gravitacionales, permitirá una comprensión mucho más profunda del evento. Ve GBM de Fermi el cielo entero no bloqueada por la Tierra y es sensible a los rayos x y rayos gamma con energías entre 8.000 y 40 millones electronvoltios (eV). Para la comparación, la energía de la luz visible oscila entre 2 y 3 eV.

Esta imagen, tomada en mayo de 2008 como el telescopio espacial Fermi Gamma-ray estaba siendo preparado para su lanzamiento, destaca los detectores de su Gamma-ray Burst Monitor (GBM). El GBM es una matriz de detectores de cristal de 14.

Créditos: NASA/Jim Grossmann

Con su gama de energía amplia y gran campo de visión, el GBM es el principal instrumento para la detección de luz de estallidos breves de rayos gamma (GRB), que duran menos de dos segundos. Ampliamente se cree cuando orbitando alrededor de objetos compactos, como estrellas de neutrones y agujeros negros, hacia adentro de la espiral y desplome junto. También estos mismos sistemas son sospechosos a ser principales productores de ondas gravitacionales.

"Con un acto conjunto, rayos gamma y las ondas gravitacionales juntos nos dirá exactamente lo que causa un GRB corto," dijo Blackburn Lindy, un becario postdoctoral en el centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica en Cambridge, Massachusetts y miembro de la colaboración de científicos de LIGO. "Hay una increíble sinergia entre las dos observaciones con rayos gamma, revelando detalles sobre la fuente energética y medio ambiente local y las ondas gravitacionales proporcionando un único de la sonda de la dinámica que conduce al evento". Discutirá la explosión y cómo Fermi y LIGO están trabajando juntos en una charla invitada en la reunión de la American Physical Society en Salt Lake City el martes.

Actualmente, los observatorios de ondas gravitacionales poseen relativamente borrosa. Esto mejorará en el tiempo como empiezan más facilidades, pero para el evento de septiembre, bautizado como GW150914 después de la fecha, los científicos LIGO sólo pudieran rastrear el origen a un arco de cielo que abarca un área de unos 600 grados cuadrados, comparables a la zona angular de la Tierra ocupada por los Estados Unidos.

"Es un gran montaña de pajar buscar cuando su aguja es una GRB corto, que puede ser rápido y débil, pero eso es lo que el instrumento está diseñado para hacer," dijo el coautor Eric Burns, un GBM equipo miembro y estudiante de posgrado en la Universidad de Alabama en Huntsville. "Una detección de GBM permite gradualmente la zona LIGO y reduce sustancialmente el pajar.

Vio Fermi GBM un descoloramiento, radiografía flash casi en el mismo momento que LIGO detectadas ondas gravitacionales de una agujero negro de fusión en el año 2015. Esta película muestra cómo los científicos pueden reducir la localización de la fuente de la LIGO en el supuesto de que la explosión esté conectada a él. En este caso, el área de búsqueda LIGO es reducida por dos tercios. Mayores mejoras son posibles en futuras detecciones. Créditos: NASA Goddard Space Flight
Center

Menos de medio segundo después que LIGO detecta ondas gravitacionales, el GBM recogió un débil pulso de alta energía rayos x duran solamente cerca de un segundo. La explosión ocurrió efectivamente debajo de Fermi y en un ángulo alto a los detectores GBM, una situación que limita su capacidad para establecer una posición precisa. Afortunadamente, la Tierra bloqueó una andana grande de localización probable de la explosión como visto por Fermi en el tiempo, permitiendo a los científicos más estrecho hacia abajo de la explosión.

El equipo GBM calcula menos de un fluctuaciones al azar de 0.2 por ciento oportunidad hubiera ocurrido en tal proximidad a la fusión. Suponiendo que los eventos están conectados, la localización de GBM y vista de Fermi de Tierra se combinan para reducir el área de búsqueda LIGO por cerca de dos tercios, a 200 grados cuadrados. Con una ráfaga en mejor posicionada para detectores de GBM, o lo suficientemente brillante para ser visto por gran área de telescopio de Fermi, incluso mayores mejoras son posibles.

El evento LIGO fue producido por la fusión de dos agujeros negros relativamente grandes, cada uno de aproximadamente 30 veces la masa del Sol. Sistemas binarios con agujeros negros tan grandes no debían ser comunes y muchas preguntas permanecen sobre la naturaleza y el origen del sistema.

Las fusiones de agujeros negros no se esperaba que emiten importante rayos x o rayos gamma señales porque órbita de gas es necesario para generar la luz. Teóricos de la espera que cualquier gas alrededor de agujeros negros binarios habría sido arrastrado mucho antes de su caída final. Por esta razón, algunos astrónomos Ve el GBM estalló como más probable una coincidencia y no relacionado con GW150914. Otros han desarrollado escenarios alternativos donde la fusión de agujeros negros podría crear emisiones de rayos gamma observables. Tendrá más detecciones para aclarar lo que realmente sucede cuando los agujeros negros colisionan.

Albert Einstein predijo la existencia de ondas gravitacionales en su teoría general de la relatividad hace un siglo, y científicos han estado tratando de detectar durante 50 años. Einstein en la foto estas ondas como ondas en el tejido del espacio-tiempo producida por cuerpos masivos, acelerados, como agujeros negros que orbitan entre sí. Los científicos están interesados en observar y caracterizar estas ondas para aprender más sobre las fuentes que produce y gravedad en sí misma.

Telescopio rayos Gamma Fermi de la NASA es una asociación de Astrofísica y física de partículas, desarrollada en colaboración con el Departamento de energía de Estados Unidos y con importantes contribuciones de instituciones académicas y socios en Francia, Alemania, Italia, Japón, Suecia y los Estados Unidos.

By Francis Reddy
NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland

Last Updated: May 5, 2016

Editor: Ashley Morrow

Traducción: El Quelonio Volador