Preguntas sobre el significado de las observaciones LIGO de 2016 y 2020

Los dos agujeros negros observados por LIGO tenían alrededor de 30 masas solares cada uno, se formaron a partir de fuentes estelares, es decir, una supernova o un evento similar. No son el mismo "tipo" de agujeros negros que se encuentran en medio de las galaxias.

(nota al margen: el hecho de que tengan 30 masas solares es realmente interesante. En este documento , discuten cómo el entorno tenía que ser un poco especial para que se formaran estos agujeros negros).

En cuanto a la condición de "verdad", se ajusta a las normas científicas establecidas. Por ejemplo, el detector ha sido muy bien modelado y se han tenido en cuenta todos los errores razonables, por lo que tenemos muy buenas razones para creer que la señal es real (por no hablar del hecho de que se observó en DOS detectores, uno de cada uno). Louisiana y uno en Washington, y las señales son casi idénticas). Para determinar los detalles de la fusión, la gente ha estado trabajando muy duro durante la última década para desarrollar una biblioteca de señales, para una variedad de objetos (estrellas de neutrones y agujeros negros) y una amplia variedad de parámetros (masas y parámetros orbitales). Entonces determinaron las características de la fusión por comparación con esos modelos.

Por supuesto, no estamos en una nave espacial flotando sobre esta fusión viéndola con nuestros propios ojos. Pero sobre la base del método científico (prueba de hipótesis y verificación independiente), esto establece la existencia de ondas gravitacionales.

( para el documento completo hablando de la observación )

EDITAR: Voy a tratar de abordar sus preguntas aclaratorias.

3. Este es un poco complicado, ya que toda la astronomía (extrasolar) es indirecta de esta manera: solo observamos el cosmos a través de la luz que recibimos de él. Por ejemplo, la existencia de la estrella Polaris es indirecta y depende de la suposición de que las estrellas producen luz (lo cual, obviamente, tiene una base muy sólida). Algunos ejemplos que podrían estar más cerca de lo que estás pensando: la materia oscura solo se detecta a través de su influencia gravitacional (nunca directamente), pero la mayoría de las personas lo consideran un fenómeno real. La asociación de púlsares con estrellas de neutrones es principalmente teórica, aunque a veces podemos asociarlos con SNR. Y, de hecho, la gran mayoría de los planetas extrasolares se detectan indirectamente, a través de los métodos de desplazamiento o tránsito Doppler.

4. Creo que la respuesta es "no". Tendría que explorar cada uno individualmente, ya que el argumento en cada caso es bastante único. Una vez escuché un podcast interesante sobre cómo la astronomía es observacional, no experimental. Creo que está aquí . Creo que lo mejor que puede hacer es enumerar las pruebas para su descubrimiento y dejar que la comunidad decida. Este no es un problema único, por cierto, nadie ha visto nunca una partícula de Higgs, en el sentido tradicional, inferimos su existencia a un nivel suficiente para la comunidad científica.

5. LIGO libera sus datos al público en tiempos prescritos. Aquí hay una lista de proyectos que usan datos LIGO . No creo ver específicamente lo que le interesa ("¡Verificamos LIGO, es correcto!"), Pero esta lista es solo de los últimos meses.

La respuesta de Levitopher aclara un poco su confusión con respecto al tipo de agujero negro involucrado. Los dos agujeros negros que se cree que produjeron las ondas gravitacionales detectadas tenían una masa de ~36 y ~29 masas solares, ni mucho menos la masa de los típicos agujeros negros supermasivos. En cambio, son agujeros negros de masa estelar relativamente masivos .

Con respecto a su otra pregunta, es bastante probable que la fuente sea un par de agujeros negros fusionados. Lamentablemente, ningún otro detector de ondas gravitacionales estaba en línea en el momento de la detección por parte de LIGO. Además, el detector de rayos gamma Swift informó que no encontró ninguna contraparte de la fusión en la pequeña parte del espectro electromagnético que examinó ( Evans et al. (2016) ) dos días después de la detección de ondas gravitacionales, y ANTARES y Ice Cube Los detectores de neutrinos detectaron muy pocos neutrinos en el momento de la detección de ondas gravitacionales ( aquí ). Sin embargo, estos resultados no son decepcionantes, ya que SwiftLos resultados de 's llegaron más tarde, y las detecciones de neutrinos ayudaron a poner un "límite concreto en la emisión de neutrinos de este tipo de fuente GW", según el documento.

Sin embargo, como señaló Kyle Kanos, el monitor de busto de rayos gamma Fermi detectó una fuente corta de fotones que puede estar conectada a GW150914.

Los resultados de LIGO presentan evidencia muy sólida de que el evento es lo que se predice: la fusión de dos agujeros negros de masa estelar. Supera el nivel de confianza del umbral de 5 sigma. Vea aquí una breve explicación de las conclusiones del equipo en cuanto a la naturaleza del evento.

También vale la pena mencionar que el análisis muestra que las observaciones coinciden con todas las predicciones de la relatividad general .

Creo que es muy relevante que en 2005 varios grupos lograron con éxito la simulación numérica de más de una órbita de una fusión binaria de agujeros negros (ejemplos: 1 ; 2 ). Estos documentos resolvieron un problema después de 30 años de esfuerzos concertados y, además, presentaron la señal esperada esperada que un interferómetro de ondas gravitacionales debería ver dado tal evento. Esa es la base de la interpretación de la señal de chirrido que se vio.

Entonces, este fue en gran medida un momento de "si la teoría de Einstein es correcta y si detecta una fusión de agujeros negros, así es como se verá": en otras palabras, una predicción de un posible resultado del experimento LIGO. Si te gusta el enfoque popperiano de la ciencia (del cual no soy un gran partidario), podrías decir que la teoría de Einstein hizo una predicción precisa que luego se verificó.

Mi conclusión es que, en conjunto, los experimentos numéricos muestran que la teoría de Einstein se ve cada vez mejor, la simulación numérica ha avanzado a pasos agigantados y el experimento LIGO es un triunfo de la ingeniería humana y la previsión científica. Personalmente, no creo que la "verdad" tenga algo que ver con eso.

Me gustaría señalar que el descubrimiento reciente de LIGO fue específicamente uno de ondas gravitacionales. La afirmación de que la causa de las ondas fue la fusión de dos agujeros negros estelares de Kerr es más una inferencia que una detección directa. La forma precisa del chirp y el ringdown muestran definitivamente que los objetos involucrados son masas compactas (en lugar de, por ejemplo, estrellas de neutrones, que tendrían una modulación de frecuencia diferente incluso antes de la colisión). Como la señal también incluye partes de la órbita donde la gravedad es relativamente débil (donde las aproximaciones post-newtonianas aún son suficientes), aún se pueden distinguir masas compactas de esferas fluidas incluso sin invocar todo GR en detalle (el hecho de que cualquier teoría alternativa de la gravedad aún debe reducirse a la gravedad newtoniana corregida relativistamente,

En cuanto a si los dos objetos en colisión son agujeros negros, en mi opinión sigue siendo una pregunta abierta. La detección concluyente de un agujero negro implicaría precisar el horizonte de eventos, lo que no es posible al nivel de la sensibilidad de detección actual. Los modos casi normales posteriores a la fusión contienen información crucial sobre la existencia de un horizonte de eventos. El hecho de que veamos oscilaciones que decaen exponencialmente al final es, con mucho, la mayor evidencia de que el objeto final es un agujero negro. El problema aquí es que para verificar esto de manera concluyente, se necesita poder resolver un poco más del espectro de frecuencia de los modos casi normales. La extracción de esta información mediante el ajuste de la señal a simulaciones de relatividad numérica presupone la validez de GR en el campo fuerte, mientras que los cálculos analíticos perturbativos se vuelven válidos en un régimen en el que la señal se desvanece en el ruido. Con suerte, con más actualizaciones, cuando LIGO comience a funcionar con sensibilidad de diseño, deberíamos poder resolver esto mejor. El argumento actual presentado es de ignorancia, que no conocemos ningún mecanismo astrofísico y/o materia exótica que no conduzca a un colapso en un agujero negro (a ~30 masas solares).

En cuanto a la validez de la detección en sí, creo que bastantes personas han respondido antes que yo sobre esto y, por lo tanto, no diré nada más al respecto.

Como complemento a todo lo demás, LIGO está sintonizado para observar fusiones de agujeros negros de masa estelar. La frecuencia de las ondas gravitacionales está determinada por la masa del sistema, y ​​dado que SMBH tendrá masas mucho más grandes que los agujeros negros de masa estelar (los agujeros LIGO tenían 30 masas solares, el SMBH en la Vía Láctea es algo así como${10}^6$masas estelares), tendrán frecuencias mucho más bajas de lo que LIGO es sensible.

Esta, de hecho, es la motivación de LISA , que será sensible a los eventos relacionados con SMBH ya las ondas gravitacionales de fondo cosmológico de baja frecuencia.