Integral establece los límites sobre la emisión de rayos gamma procedentes de la fusión de agujeros negros.
El satélite Integral de la ESA, que se ha unido a la campaña de seguimiento de la primera observación de ondas gravitatorias, no ha detectado emisión de rayos gamma, tal y como se esperaba de la fusión de dos agujeros negros estelares.
El 14 de septiembre de 2015, los dos detectores del Observatorio de interferometría láser de ondas gravitatorias (LIGO) observaron fluctuaciones en el tejido del espacio-tiempo, es decir, ondas gravitatorias, que eran producidas por dos agujeros negros fusionándose en uno único. El descubrimiento, anunciado por la colaboración científica LIGO (que incluye a la colaboración GEO) y la colaboración Virgo el pasado mes de febrero, fue la primera confirmación directa de la existencia de ondas gravitatorias que ya predijo Albert Einstein hace un siglo.
Dos días después de detectar la señal, los científicos alertaron a un gran número de instalaciones astronómicas que operan tanto en la superficie terrestre como en el espacio para iniciaran la búsqueda de posibles homólogos al foco de procedencia de las ondas gravitatorias. Dado que en ese momento, la naturaleza de este foco de procedencia seguía siendo incierta, realizar un seguimiento con observaciones a lo largo del espectro electromagnético podía proporcionar información útil para identificar la causa.
Las ondas gravitatorias son liberadas por cuerpos masivos acelerados, especialmente por la coalescencia de densos restos estelares como estrellas de neutrones o agujeros negros. Si bien es poco probable que la fusión de dos agujeros negros de masa estelar emitiera también luz en cualquier longitud de onda, la presencia de una o dos estrellas de neutrones en el proceso dejaría una marca característica que podría observarse a lo largo del espectro electromagnético. Por otro lado, las ondas gravitatorias pueden producirse a causa de la explosión asimétrica de una supernova, fenómeno que también se conoce por emitir luz a diversas longitudes de onda.
No fue posible detallar la ubicación de su nacimiento en el cielo con dos detectores de ondas gravitatorias funcionando de forma simultánea, sino que únicamente se logró identificar una extensa franja donde podría encontrarse.
Se solicitó a los observatorios astronómicos que participaban en la campaña de seguimiento que explorasen sus archivos, por si la información hubiera sido recopilada casualmente en zonas del cielo ubicadas dentro de esta franja en la época de la detección de ondas gravitatorias. Asimismo, se les invitó a dirigir sus telescopios a esta zona del cielo en busca de una posible luminiscencia residual.
Un equipo de científicos analizó los datos recopilados por INTEGRAL en busca de señales que indicaran un estallido repentino de rayos X duros o rayos gamma que pudieran haber aparecido a causa de la liberación de ondas gravitatorias.
"Buscamos en todos los datos disponibles de INTEGRAL, pero no encontramos ningún indicador de emisiones elevadas de energía asociadas a la detección de LIGO", declara Volodymyr Savchenko del François Arago Centre de Paris, France. Volodymyr es el autor principal del artículo que revela los resultados y que se publica hoy en Astrophysical Journal Letters.
Los científicos analizaron los datos del Anti-Coincidence Shield del instrumento SPI de INTEGRAL, cuya función es, por un lado, proteger el instrumento de la radiación y las partículas procedentes de direcciones diferentes del cambio de visión al que apunta y, por otro, detectar fuentes transitorias de rayos gamma. Como tal, este instrumento está operativo de forma prácticamente constante y es capaz de detectar estallidos inesperados casi en todo el cielo.
El equipo también analizó datos del IBIS, otro instrumento de INTEGRAL que apuntaba, en cambio, a una dirección diferente de la franja del cielo en la que podría encontrarse el nacimiento de las ondas gravitatorias.
"El foco detectado por LIGO liberaba una amplia cantidad de energía en forma de ondas gravitatorias y los límites establecidos por los datos de INTEGRAL en una posible emisión simultánea de rayos gamma son un millón de veces inferiores a dicha cantidad", señala el coautor Carlo Ferrigno del Centro de Datos Científicos de Integral (IDSC) en Universidad de Ginebra, Suiza.
El análisis realizado sobre los datos de LIGO indicaba que las ondas gravitatorias eran producidas por dos agujeros negros coalescentes, cada uno con 30 masas solares aproximadamente, ubicados a unos 1.300 millones de años luz. En un acontecimiento de este tipo, los científicos no esperaban ninguna emisión de luz significativa para ninguna longitud de onda, por lo que la detección nula de INTEGRAL confirma este escenario.
Al igual que INTEGRAL, prácticamente ninguno de los observatorios implicados en la campaña de seguimiento observó emisiones de luz relacionadas con las ondas gravitatorias, desde ondas de radio o infrarrojos a ondas ópticas y rayos X.
La única excepción es el monitor de brotes de rayos gamma del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, que detectó lo que parece ser un surgimiento repentino de rayos gamma producido aproximadamente 0,4 segundos después de que se detectaran las ondas gravitatorias, que duró alrededor de un segundo y procedió de una región del cielo que se solapa con la franja identificada por LIGO.
El descubrimiento desencadenó una multitud de investigaciones teóricas que visualizaban posibles escenarios en los que dos agujeros negros estelares en estado de fusión podrían liberar no solo ondas gravitatorias, sino también rayos gamma.
Sin embargo, si el surgimiento de rayos gamma tuviera un origen cósmico, bien vinculado al foco de procedencia de ondas gravitatorias o a cualquier otro lugar del universo, debería haber sido detectado también por INTEGRAL. El hecho de que los rayos gamma no fueran observados por los dos instrumentos de INTEGRAL sugiere posiblemente que el dato obtenido por Fermi podría tener otra explicación.
"Este resultado pone de relieve la importancia de las sinergias entre instalaciones científicas y de observación en todo el mundo en un intento de dar con el mayor número posible de mensajeros cósmicos, desde las ondas gravitatorias detectadas recientemente a las partículas y la luz de todo el espectro", manifiesta Erik Kuulkers, jefe científico del proyecto INTEGRAL de la ESA.
En este contexto, es crucial disponer de varios detectores capaces de detectar el mismo tipo de señal con el fin de obtener datos independientes y lograr una validación científica correcta de las mediciones.
Este factor será todavía más importante cuando sea posible observar las ondas gravitatorias también desde el espacio. Contar con este tipo de observatorio es el objetivo de la misión L3 del programa Cosmic Vision de la ESA. De hecho, la tecnología para construirlo ya está siendo probada por la misión LISA Pathfinder.
"Estamos impacientes por realizar nuevas colaboraciones y descubrimientos en la recién inaugurada era de la astronomía gravitatoria", concluye Erik.
Nota a los editores:
“Integral Upper Limits On Gamma-Ray Emission Associated With The Gravitational Wave Event GW150914,” V. Savchenko et al. ha sido publicado en Astrophysical Journal Letters.
Para más información:
Markus Bauer
ESA Science Communication Officer
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Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int
Volodymyr Savchenko
François Arago Center
APC - Astroparticule et Cosmologie
Université Paris Diderot, CNRS/IN2P3, CEA/Irfu, Observatoire De Paris, Sorbonne Paris Cité
Paris, France
Email: savchenk@apc.in2p3.fr
Carlo Ferrigno
Integral Science Data Centre
University of Geneva, Switzerland
Email: Carlo.Ferrigno@unige.ch
Erik Kuulkers
ESA Integral Project Scientist
Email: Erik.Kuulkers@esa.int
