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Descubriendo los secretos del universo mediante una detección más rápida de ondas gravitacionales

Descubriendo los secretos del universo mediante una detección más rápida de ondas gravitacionales

Un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad de Minnesota ha desarrollado una tecnología de detección de ondas gravitacionales para enviar alertas dentro de los 30 segundos posteriores a la detección. Este sistema de notificación rápida ayuda en el estudio de estrellas de neutrones, agujeros negros y la formación de elementos pesados.

Un nuevo estudio mejorará la detección de ondas gravitacionales, que son ondas en el espacio y el tiempo. Científicos de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de Twin Cities de la Universidad de Minnesota codirigieron la investigación con un equipo internacional.

La investigación tiene como objetivo enviar alertas a astrónomos y astrofísicos dentro de los 30 segundos posteriores a la detección, ayudando a mejorar la comprensión de las estrellas de neutrones y los agujeros negros y cómo producen elementos pesados, incluidos el oro y el uranio.

Los resultados fueron publicados recientemente en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias para los Estados Unidos de América (Con personas), una revista científica de acceso abierto y revisada por pares.

Tecnología de detección de ondas gravitacionales.

Las ondas gravitacionales interactúan con el espacio-tiempo comprimiéndolo en una dirección mientras lo estiran en la dirección vertical. Es por eso que los últimos detectores de ondas gravitacionales tienen forma de L y miden las longitudes relativas de los láseres mediante interferometría, un método de medición que observa los patrones de interferencia creados al combinar dos fuentes de luz. una declaración ondas gravitacionales Medir la longitud de un láser requiere medidas precisas: el equivalente a medir la distancia a la estrella más cercana, a unos cuatro años luz de distancia, hasta el ancho de un cabello humano.

Gráfico del tiempo de viaje de las ondas gravitacionales.

El gráfico muestra la cantidad de tiempo que tardan los investigadores en enviar una alerta. En promedio, el tiempo de alerta es inferior a 30 segundos. Crédito: Andrew Toivonen

Mejoras en la detección de ondas gravitacionales

Esta investigación es parte de Lego– La colaboración Virgo-KAGRA (LVK), una red de interferómetros de ondas gravitacionales en todo el mundo.

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En la última campaña de simulación, se utilizaron datos de períodos de observación anteriores y se agregaron señales de ondas gravitacionales simuladas para mostrar el rendimiento de las actualizaciones de software y equipos. El software puede detectar la forma de las señales, rastrear cómo se comporta la señal y estimar las masas involucradas en el evento, como estrellas de neutrones o agujeros negros. Las estrellas de neutrones son las estrellas más pequeñas y densas conocidas y se forman cuando estrellas masivas explotan en supernovas.

Alertas en tiempo real y seguimiento del progreso.

Una vez que este software detecta una señal de onda gravitacional, envía alertas a los suscriptores, que generalmente incluyen astrónomos o astrofísicos, para comunicar dónde está la señal en el cielo. Con mejoras en este período de observación, los científicos pueden enviar alertas mucho más rápido, en menos de 30 segundos, después de que se detecta una onda gravitacional.

“Utilizando este programa, podemos detectar una onda gravitacional desde… Estrella neutrón “Las colisiones suelen ser demasiado débiles para ser vistas a menos que sepamos exactamente dónde mirar”, dice Andrew Toivonen, Ph.D. Estudiante de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Minnesota Twin Cities. “La detección de ondas gravitacionales primero ayudará a identificar el lugar del impacto y ayudará a los astrónomos y astrofísicos a completar más investigaciones”.

Los astrónomos y astrofísicos pueden utilizar esta información para comprender cómo se comportan las estrellas de neutrones, estudiar las interacciones nucleares entre estrellas de neutrones y los agujeros negros en colisión, y cómo se producen los elementos pesados, incluidos el oro y el uranio.

Esta es la cuarta observación realizada mediante el Observatorio Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO) y se observará hasta febrero de 2025. Entre los últimos tres períodos de observación, los científicos han realizado mejoras en la detección de señales. Una vez completado este proceso de seguimiento, los investigadores seguirán analizando los datos y realizando más mejoras con el objetivo de enviar alertas más rápido.

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Referencia: “Productos de alerta de ondas gravitacionales de baja latencia y su desempeño en el cuarto tiempo de observación LIGO-Virgo-KAGRA” por Sushant Sharma Chowdhury, Andrew Toivonen, Gaurav Waratkar, Geoffrey Moe, Deb Chatterjee, Sarah Antier, Patrick Brockle, Michael W. Coughlin, Reed Essick, Shaun Ghosh, Soichiro Morisaki, Pratyusava Baral, Amanda Baylor, Naresh Adhikari, Patrick Brady, Gareth Caburn-Davies, Tito Dal Canton, Marco Cavalia, Julian Creighton, Sunil Choudhury, Yu Kwang Chou, Patrick Clearwater, Luke Davis , Thomas Dent, Marco Drago, Becca Ewing, Patrick Goodwin, Weichang Feng Guo, Chad Hanna, Rachel Huxford, Ian Harry, Eric Katsavonidis, Manoj Kovalam, Alvin K. Lee, Ryan Magee, Ethan Marks, Duncan Mitscher, Cody Missick, Zane Morris Atkinson, Alexandre Pace, Roberto De Petri, Brandon Piotrzkowski, Somen Roy, Surabhi Sachdev, Leo B. Singer, Divya Singh, Marek Szczepanczyk, Daniel Tang, Max Trevor, Leo Tsukada, Veronica Villa Ortega, Linking Wen y Daniel Wysocki, abril 23, 2024, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
doi: 10.1073/pnas.2316474121

El artículo multiinstitucional incluyó a Michael Coughlin, profesor asistente de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Minnesota, así como a Toivonen.

LIGO está financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y operado por el Instituto de Tecnología de California. Instituto de Tecnología de Massachusetts. En este esfuerzo participan más de 1.200 científicos y unas 100 instituciones de todo el mundo. Colaboración científica LIGO.

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