GW151226 es un estallido de ondas gravitacionales detectado por el observatorio de ondas gravitacionales LIGO el 25 de diciembre de 2015 , hora local (en UTC , el evento ocurrió el 26 de diciembre de 2015). El 15 de junio de 2016, los observatorios LIGO y Virgo informaron que habían verificado la señal. También se anunció que esta es la segunda señal de onda gravitacional detectada en el mundo después de GW150914 .
El análisis mostró que la onda gravitatoria apareció como resultado de la fusión de dos agujeros negros con una masa total de 22 masas solares ( M ⊙ ) a una distancia de unos 1.400 millones de años luz de la Tierra. La fusión tuvo lugar en un segundo, y durante este tiempo la energía arrastrada por las ondas gravitacionales ascendió a aproximadamente una masa del Sol .
El estallido GW151226 proporcionó los primeros datos de observación sobre la rotación de los agujeros negros. El evento permitió probar la teoría de la relatividad de manera más estricta y, por primera vez, proporcionó información para estimar la distribución de los agujeros negros a partir de la observación directa .
La señal fue detectada por LIGO a las 03:38:53 UTC cuando el detector Hanford disparó 1,1 milisegundos después del detector Livingston ( porque el eje entre ellos no era paralelo al frente de onda ) [1] . El estallido de ondas gravitacionales, tentativamente designado como G211117, duró casi un segundo y fue identificado por el sistema de seguimiento automático en un minuto. Posteriormente, se llevó a cabo un análisis fuera de línea del evento y, después de aproximadamente dos días, los participantes en la colaboración supieron que efectivamente habían captado el segundo estallido de ondas gravitacionales. Se le asignó una designación permanente GW151226 [2] (GW es una abreviatura del inglés gravitational wave , "gravitational wave", el número determina la fecha de registro del evento, [20] 15/12/26).
Para aislar la señal del ruido, las colaboraciones LIGO y Virgo realizaron análisis utilizando dos métodos diferentes. La evaluación de confiabilidad mostró que las señales de ruido aleatorias falsas positivas de esta intensidad deberían ocurrir menos de una vez cada 160 000 años y, por lo tanto, la probabilidad de detectar dicha señal en una serie de datos de 45 días es inferior a 10 −7 . Según los métodos utilizados, la significación estadística del evento supera los 5 σ o 4,5 σ (según el primer y segundo método) [2] , lo que corresponde al “umbral de descubrimiento” generalmente aceptado en física.
Dado que el evento tuvo lugar la noche del 26 de diciembre, el personal del observatorio lo llamó un "regalo de Navidad" [3] [2] .
El 15 de junio de 2016, los observatorios LIGO y Virgo informaron que habían verificado la señal. También se anunció que esta era la segunda señal de onda gravitacional detectada en el mundo después de GW150914 [1] [4] .
El análisis reveló que la fuente de la señal es la fusión de dos agujeros negros con masas de 14,2+8,3
−3,7y 7.5+2,3
−2,3 M ⊙ , a distancia 440+180
−190 megaparsec de la tierra. El resultado de la fusión fue un agujero negro con una masa de 20,8+6,1
-1,7 M ⊙ , y la masa igual a1+0,1
−0,2 M ⊙ , convertida en radiación gravitacional [1] [5] . Así, aproximadamente el 4,6% de la masa inicial de los dos agujeros negros pasó a la radiación.
Dado que se utilizó un par de detectores para estimar la distancia, se estimó solo sobre la base de la amplitud de la señal recibida, sin considerar la orientación del plano de la órbita en relación con la dirección más allá de la Tierra. Por este motivo, la distancia no se mide con mucha precisión, con un error de casi el 50%. La distancia calculada de 440 megaparsecs corresponde a 1.400 millones de años luz, lo que corresponde a un corrimiento al rojo de 0,09+0,03
−0,04[2] [6] .
Para estimar la dirección a la fuente de la señal, solo se utilizó la diferencia en el tiempo de llegada de la señal a los dos detectores (sin tener en cuenta su respuesta relativa), y por esta razón la dirección se estima muy mal: las regiones potenciales son "arcos en la mitad del cielo" [2] [6] . A partir de consideraciones geométricas, es obvio que para determinar con precisión la dirección hacia la fuente, es necesario comparar el tiempo de registro de un evento por parte de tres detectores. En el momento del registro de GW151226, el tercer detector (Virgo) aún no funcionaba.
Con respecto a este evento, los científicos de las colaboraciones LIGO y Virgo pudieron determinar de manera confiable que al menos uno de los agujeros negros antes de la fusión tenía un momento angular.más del 20% del máximo permisible, basado en la teoría general de la relatividad [1] [7] . El agujero negro formado después de la fusión giró con un momento angular de 0,74+0,06
−0,06del máximo momento angular posible de rotación [1] . Los agujeros negros eran más pequeños que aquellos cuya fusión causó el primer estallido de onda gravitacional detectado GW150914 , y por esta razón el evento tuvo menos energía y ocurrió más lentamente, alrededor de 1 segundo (la duración de GW150914 fue de 0,2 segundos). Por lo tanto, los detectores en este caso pudieron ver más vueltas de agujeros negros entre sí en la última etapa de la fusión: 55 períodos de oscilación (27 vueltas) en un segundo con una frecuencia que aumentó de 35 a 450 Hz . A modo de comparación, el primer evento de detección de ondas gravitacionales tuvo 10 órbitas en 0,2 segundos [1] [8] [2] .
El evento GW151226 habla a favor del hecho de que hay más agujeros negros binarios en el Universo, con los cuales las fusiones ocurren con más frecuencia de lo que se pensaba [9] [10] .
El estallido de ondas gravitacionales medido corresponde completamente a las predicciones de la teoría general de la relatividad para campos gravitatorios intensos. Esta teoría, hasta los dos primeros eventos detectados por LIGO, no estaba sujeta a verificación experimental directa en campos fuertes (aunque se ha verificado con gran precisión en campos débiles). La teoría general de la relatividad pasó una prueba más rigurosa durante el segundo evento [5] [11] . La mayor duración de GW151226 permitió acotar mejor algunos de los valores del formalismo posnewtoniano [2] .
El registro de la fusión por primera vez proporcionó datos de observación sobre la rotación de los agujeros negros [2] .
Los datos obtenidos de GW151226 proporcionaron información sobre dos agujeros negros primordiales de los seis conocidos (tres fusiones), que proporcionaron datos para estimar la distribución de masa de los agujeros negros para las teorías de emparejamiento de agujeros negros de masa estelar. Además, el hecho del evento GW151226 permitió estimar la frecuencia de fusiones (en el Universo) de agujeros negros de masas comparables en base a datos de observación (antes de eso, solo había estimaciones teóricas calculadas) [2] .
Por primera vez se han obtenido datos sobre la fusión de objetos en este rango de masas estelares. Por ejemplo, se pueden utilizar para estudiar estrellas dobles de rayos X [10] .
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