Los daños retrasan el reinicio del detector gigante de ondas gravitacionales de Italia

A fines de este mes, los físicos reanudarán su búsqueda de monstruos astrofísicos: agujeros negros y estrellas de neutrones que chocan en la oscuridad y emiten ondas en el espacio llamadas ondas gravitacionales. Pero uno de los tres detectores que han detectado tales ondas, Virgo, cerca de Pisa, Italia, ha tenido problemas técnicos que retrasarán su reinicio, 3 años después de que todas las instalaciones cerraran por mantenimiento y mejoras. Durante los próximos meses, solo los dos detectores del Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO), en Luisiana y el estado de Washington, tomarán datos, lo que dificultará la localización de fuentes en el cielo.

El problema parece originarse no en las actualizaciones, sino en partes más antiguas que generan ruido que ahogaría muchas señales, dice Fiodor Sorrentino, físico del Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) de Italia y coordinador de puesta en servicio de Virgo. “Pero no podemos estar 100% seguros” antes de abrir el detector, dice. Daniel Holz, astrofísico de la Universidad de Chicago, dice que esos contratiempos son normales, aunque LIGO y Virgo los esquivaron. "Se nos debe este tipo de mala suerte porque nuestra buena suerte excesiva tuvo que agotarse".

La buena suerte comenzó en 2015, cuando los detectores LIGO detectaron por primera vez las ondas producidas cuando dos agujeros negros masivos giraron entre sí y se fusionaron. Dos años más tarde, LIGO y Virgo detectaron una fusión cercana de dos estrellas de neutrones, lo que desencadenó una explosión llamada kilonova que también fue vista por una miríada de telescopios. Hasta ahora, los tres detectores han registrado más de 90 fusiones de agujeros negros y dos de estrellas de neutrones.

Cada detector es un enorme dispositivo óptico en forma de L llamado interferómetro. La luz rebota entre los pesados ​​espejos en los extremos de cada brazo de la L. Parte de la luz se filtra a través de los espejos en el codo y los dos haces de luz interfieren, anulándose o reforzándose entre sí, según la longitud relativa de los brazos. Una onda gravitatoria que pasa generalmente estira un brazo más que el otro, lo que hace que la luz salga del dispositivo en sincronía con la onda.

Para detectar el minúsculo estiramiento, los brazos deben ser largos. Los de LIGO se extienden 4 kilómetros y los de Virgo, 3 kilómetros. Los detectores también deben silenciar otras vibraciones para estabilizar la longitud de cada brazo a 1 femtómetro, el ancho de un protón. Así que todo el equipo reside en una cámara de vacío y un elaborado sistema de suspensión sostiene cada espejo. Los problemas de Virgo parecen haber surgido en la suspensión y los retrovisores.

Cada uno de sus espejos de 40 kilogramos cuelga de un par de delgadas fibras de vidrio. En noviembre de 2022, se rompió una fibra que soportaba un espejo. Aunque el espejo cayó una distancia mínima, la sacudida parece haber aflojado uno de los cuatro imanes adheridos al espejo y utilizado para estabilizarlo, dice Sorrentino. Los movimientos del imán generan una pizca de calor, literalmente vibraciones en el vidrio. Además, un espejo en el otro brazo que sufrió una caída similar en 2017 ahora parece tener una pequeña grieta interna que crece y genera calor. El ruido limita la sensibilidad de Virgo a aproximadamente la mitad de lo que era al final de la última carrera.

Los problemas se hicieron evidentes recientemente porque algunas de las actualizaciones tardaron más de lo esperado en ponerse en marcha, dice Gianluca Gemme, físico de INFN y portavoz del equipo Virgo de 850 miembros. En lugar de reiniciar el detector, los investigadores abrirán su cámara de vacío para quitar el imán suelto de un espejo y reemplazar el otro espejo. Ese trabajo debería estar terminado en julio, dice Gemme. Afinar el instrumento llevaría unos meses más. "Si todo va bien y no hay fuentes ocultas adicionales de ruido, deberíamos poder unirnos a [LIGO] en el otoño", dice Gemme. Aún así, Sorrentino advierte: "Esta situación actual da un poco de miedo porque nunca sabes qué pasará cuando te pones las manos en los [espejos]".

Los dos detectores LIGO están funcionando bien y deberían estar listos para el reinicio del 24 de mayo, dice Patrick Brady, astrofísico de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee y portavoz de la colaboración LIGO. Pero la pérdida temporal de Virgo limitará la ciencia que se puede hacer. Tres detectores pueden identificar una fuente en el cielo con una precisión de unas pocas docenas de grados cuadrados. Con dos, la localización es mucho peor.

Virgo demostró el valor de tal triangulación en agosto de 2017 cuando él y los detectores LIGO detectaron la primera fusión de estrellas de neutrones. Las coordenadas se enviaron rápidamente a los astrónomos, lo que permitió que las antenas parabólicas, los telescopios ópticos, los detectores de rayos gamma y otros instrumentos se concentraran en la explosión y detectaran los elementos pesados ​​que forjó, convirtiéndola literalmente en una mina de oro cósmica.

Pero incluso con solo LIGO, la ejecución de 18 meses debería generar mucha ciencia, dice Brady. Los detectores de LIGO ya son un 30% más sensibles que antes y deberían detectar una fusión de agujeros negros una vez cada 2 o 3 días, acumulando alrededor de 270 en total. Ese recorrido debería precisar la distribución de las masas de los agujeros negros y puede revelar fusiones inusuales, como entre agujeros negros que giran en diferentes direcciones. Esa información podría ayudar a revelar cómo se forman los pares de agujeros negros, dice Brady. "La emoción va a venir más allá de simplemente aumentar el número, sino de obtener estos eventos excepcionales".