Los detectores de ondas gravitacionales ahora pueden "autoajustar" sus señales

La red de detectores LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) cuenta con una nueva herramienta para mejorar la sensibilidad de sus instrumentos a las ondas gravitacionales: la calibración astrofísica, que funciona de forma similar al autoajuste en la producción musical. Estos nuevos datos se recogen en un artículo aceptado en 'Physical Review Letters'.

Cuando una onda gravitacional atraviesa la Tierra, los detectores LIGO, Virgo y KAGRA están preparados para detectarla, pero su sensibilidad depende de muchos factores y es posible que alguno de ellos no esté funcionando a pleno rendimiento en ese momento. En situaciones como esta, es fundamental poder procesar los datos recopilados por dicho detector para mejorar su calidad, y la red de detectores cuenta ahora con una nueva y eficiente herramienta para ello: la Astro Calibración.

Las ondas gravitacionales distorsionan el espacio, estirándolo y comprimiéndolo a su paso. Este efecto en los brazos del detector es de aproximadamente 10-19 m, mucho menor que el diámetro de un protón. Para detectar cambios tan pequeños, los detectores deben calibrarse cuidadosamente en tiempo real, utilizando circuitos de control de retroalimentación y un procedimiento preciso que modela cómo cambia el detector al paso de las ondas, teniendo en cuenta también los efectos generados por los propios circuitos de control. Si la calibración no es óptima, la lectura de la señal y, por lo tanto, la interpretación del fenómeno cósmico que la generó, se ven comprometidas.

Sin embargo, si la señal gravitacional detectada es suficientemente fuerte, es decir, cuando supera claramente el ruido de fondo, la comparación de la señal con las predicciones de la relatividad general (junto con la comparación de las señales observadas en otros detectores) puede utilizarse para recalibrar retrospectivamente los datos de un detector "mal ajustado".

Los modelos teóricos son, de hecho, como partituras musicales que sugieren la forma de la señal (es decir, qué notas reproduce); junto con los datos de detectores bien calibrados, nos permiten eliminar los efectos espurios de los datos de un detector mal calibrado, registrándolos así correctamente. El proceso es similar a cómo un software de producción musical, como el autotune, corrige la afinación de un cantante para que coincida con la nota deseada en una melodía.

"Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el espacio-tiempo que estiran y comprimen el espacio. Son diminutas cuando llegan a la Tierra, millones de años después de los eventos que las crearon -explica Christopher Berry, investigador del Instituto de Investigación Gravitacional de la Universidad de Glasgow (Reino Unido)-. No son algo que podamos oír, pero nuestros detectores pueden emitir señales como formas de onda cuyo tono podemos aumentar para escucharlas, y cada señal produce un chirrido distintivo. Estos chirridos codifican una gran cantidad de información que podemos analizar para conocer sus fuentes: sus masas, espines, distancia y ubicación. Específicamente en el caso de la fusión de dos agujeros negros, la técnica de calibración astrofísica funciona porque el chirrido característico de la señal se describe con extrema precisión mediante la teoría de la relatividad general de Einstein."

En este nuevo trabajo, los investigadores de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) demuestran cómo se ha aplicado esta técnica a dos señales particularmente intensas e interesantes, GW240925 y GW25020, donde, como siempre, el nombre de la señal indica la fecha de detección, que se produjo en septiembre de 2024 y febrero de 2025, respectivamente. Cuando llegaron ambas señales, el detector LIGO Hanford (en Washington, EE. UU.) no se encontraba en condiciones óptimas, lo que dificultó especialmente la interpretación de sus datos.

Al comparar las señales predichas con las observadas, los investigadores pudieron extraer conclusiones precisas sobre cómo el detector LIGO Hanford distorsionó los datos recopilados simultáneamente por el detector LIGO Livingston en Luisiana y el detector Virgo en Italia. Para GW240925, este método confirmó los errores de calibración conocidos medidos in situ. Sin embargo, para GW250207, fue esencial recurrir a la calibración astronómica, ya que no se disponía de mediciones de calibración fiables in situ.

Utilizando la calibración corregida del detector LIGO Hanford, los investigadores del LVK descubrieron que GW240925 fue generado por agujeros negros con masas 9 y 7 veces mayores que la del Sol, a una distancia aproximada de 350 megaparsecs de la Tierra, mientras que GW250207 fue generado por dos agujeros negros con masas 35 y 30 veces mayores que la del Sol, a una distancia aproximada de 200 megaparsecs de la Tierra. Sin tener en cuenta las incertidumbres de calibración, estas estimaciones podrían haber estado sesgadas hacia un valor incorrecto.

Elisa Maggio, investigadora del Instituto Italiano de Física Nuclear y antigua becaria postdoctoral y Marie Curie del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) en Potsdam (Alemania), aporta: "Estos descubrimientos demuestran que, tras más de una década de trabajo desde la primera detección, hemos desarrollado una comprensión integral de todo el proceso de análisis, desde las propias señales hasta el comportamiento del detector. En el improbable caso de que algo falle en un detector, ahora contamos con métodos robustos para aprovechar los datos de los demás detectores y obtener resultados de la mejor calidad. Esta información es crucial para reconocer las falsas desviaciones de la relatividad general que surgen del comportamiento no modelado del detector".

Benoît Revenu, del laboratorio Nantes Subatech (Francia), declara: "Es extraordinario que estos inmensos eventos cósmicos no solo puedan medirse con nuestros instrumentos, sino que también puedan utilizarse para verificar nuestras mediciones. El hecho de haber utilizado con éxito la calibración astrofísica demuestra la madurez de las capacidades de los detectores de ondas gravitacionales y cómo estamos pasando de la era de los descubrimientos iniciales a la era de la astronomía de ondas gravitacionales de precisión. Además, el catálogo de detecciones de ondas gravitacionales crece cada vez más rápidamente, y en pocas semanas publicaremos un nuevo capítulo con nuevas observaciones que profundizarán y ampliarán aún más nuestra comprensión del Universo y sus fenómenos más violentos".