La detección de ondas gravitacionales es el acontecimiento científico del año. Este hito
fue realizado por el experimento LIGO, que el 14 de septiembre de 2015 registró una
onda gravitacional producida por la colisión de dos agujeros negros a 1.300 millones de
años luz. Sin embargo, para determinar exactamente el punto del Cosmos donde se
produjo esta colisión, LIGO necesita más información. La vía tradicional es mediante la
red de telescopios ópticos que colabora con LIGO. Pero también se puede estudiar el
cielo utilizando no luz, sino neutrinos. Es lo que hacen los telescopios IceCube (en la
Antártida) y ANTARES (en el Mediterráneo), que ahora publican los primeros
resultados de la búsqueda conjunta de neutrinos procedentes del choque cuya onda
gravitacional detectó LIGO. En el telescopio ANTARES tiene una importante
participación el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior
de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València.
La ventaja de observar el Universo con neutrinos es que esta partícula elemental, que
apenas tiene masa y no tiene carga eléctrica, viaja directamente hasta nosotros desde
que se produce sin apenas interactuar con el resto de materia. Contiene pues
información de primera mano del suceso que la ha originado, al igual que las ondas
gravitacionales que ahora LIGO ha demostrado que se pueden detectar. Se trata de
dos nuevas maneras de estudiar el cosmos, que complementan las observaciones
astronómicas basadas en la luz.
IceCube y ANTARES son pioneros en la observación del Cosmos mediante neutrinos,
conocidos como la ‘partícula fantasma’ por su dificultad para detectarlos. Ambos
utilizan grandes cantidades de materia (el hielo del Polo Sur o el agua del Mediterráneo) confiando en que uno de estos neutrinos llegará a interactuar. Cuando
esto ocurre se produce una luz Cherenkov que pueden detectar los sensores. IceCube
lo consiguió en 2013, detectando neutrinos cuyo origen estaba más allá de nuestro
Sistema Solar y cuyas energías superaban en mucho a las producidas en aceleradores
de partículas como el LHC. Las fuentes de estos neutrinos son sucesos violentos del
Universo como supernovas o colisiones de agujeros negros.
Tras el anuncio de la detección de la primera onda gravitacional por las colaboraciones
LIGO y VIRGO el 11 de febrero, se publica un estudio conjunto con IceCube y ANTARES
para buscar neutrinos procedentes de la colisión que provocó esta onda gravitacional.
El suceso, denominado GW150914, se produjo a más de 1.300 millones de años luz,
cuando dos agujeros negros con una masa 30 veces mayor que la del Sol chocaron
convirtiendo una parte de esa masa en un ‘pliegue’ del espacio-tiempo como predecía
la teoría de la relatividad general de Einstein, y que se conoce como ‘onda
gravitacional’.
Sin embargo, LIGO (dos detectores situados a más de 2.000 kilómetros de distancia
entre sí en los Estados Unidos, capaces de detectar estos minúsculos cambios del
orden de una diezmilésima parte del diámetro de un protón), no puede determinar
con exactitud el lugar donde se produjo este evento, por lo que necesita una red de
colaboradores, tanto telescopios ópticos como los dos telescopios de neutrinos
citados. Cuando LIGO alerta de esta detección, los telescopios apuntan a la región del
cielo señalada para detectar otros restos de la colisión.
IceCube y ANTARES no tienen que ‘apuntar’ sus telescopios, puesto que observan todo
el cielo continuamente. Lo que intentan es buscar neutrinos simultáneos a la onda
gravitacional del evento GW150914. El análisis de LIGO sólo puede acotar el origen de
esta onda en unos 600 grados cuadrados (el cielo tiene unos 40.000 grados
cuadrados), mientras que la precisión de ANTARES o IceCube es de un grado cuadrado.
Sin embargo, como publican las tres colaboraciones, no se detectó un número de
sucesos por encima de lo esperado.
Para Juan de Dios Zornoza, miembro de las colaboraciones ANTARES y KM3NeT, "los
telescopios de neutrinos y los detectores de ondas gravitacionales comparten el
estatus de 'recién llegados' en el descubrimiento de señales cósmicas más allá de los
tradicionales fotones y rayos cósmicos. Además, como se describe en el artículo
publicado por LIGO/Virgo, ANTARES y IceCube, estas nuevas ventanas no solamente
complementan a los mensajeros clásicos, sino que se complementan entre ellas. Los
telescopios de neutrinos observan todo el cielo continuamente y con buena resolución
angular, lo que puede ayudar a localizar el origen de este evento y entender mejor el
fenómeno. Aunque no se haya observado esta correlación en este caso, esto es sólo el
principio y esperamos nuevas ondas gravitacionales para estudiar”.
Tanto en ANTARES como en el que es su sucesor, KM3NeT, el Instituto de Física
Corpuscular lidera la participación española. El grupo de investigación ANTARESKM3NeT del IFIC ha diseñado elementos cruciales en la electrónica de los módulos con los sensores ópticos (desplegados en líneas sumergidas a más de 3.000 metros) y en el
sistema de calibración temporal (que reconstruye la trayectoria de los neutrinos). Los
físicos del IFIC trabajan también en la identificación de las fuentes de neutrinos y en su
utilización como búsqueda indirecta de materia oscura, que forma una cuarta parte del
Universo pero aún no ha sido detectada.
Más información:
http://antares.in2p3.fr/News/index.html
https://icecube.wisc.edu/news/view/398
“High-energy Neutrino follow-up search of Gravitational Wave Event GW150914 with ANTARES and IceCube”
https://dcc.ligo.org/public/0123/P1500271/013/GW150914_neutrino.pdf