Nuestra participación

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Hace 100 años que Albert Einstein postuló su teoría de la relatividad general, y coincidiendo con este centenario ha entrado en funcionamiento Advanced-LIGO. Este observatorio tiene la misión de detectar un fenómeno sugerido por Einstein: las ondas gravitacionales. El grupo de Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universidad de las Islas Baleares es el único grupo de investigación de España que forma parte de la Colaboración Científica LIGO y GEO, en la que participan más de 1000 científicos en 15 países. El grupo GRG también está involucrado en e-LISA, proyecto europeo de un detector espacial, y en el diseño del Telescopio Einstein, un futuro detector con tecnología mucho más avanzada.

La UIB participa en la Colaboración Científica LIGO (LSC, por sus siglas en inglés) y GEO desde 2002, si bien la Dra. Alicia Sintes, profesora del Departamento de Física de la UIB y miembro del grupo de Relatividad y Gravitación, fue una de las investigadoras que intervino en la puesta en marcha de este grupo de científicos en 1997. Ella, juntamente con el Dr. Sascha Husa, también profesor de la UIB, forman parte del Consejo de LIGO.

El trabajo del grupo de la UIB se centra en la búsqueda de ondas gravitacionales procedentes de agujeros negros y estrellas de neutrones, y el modelado computacional necesario para identificar dichas fuentes. Sus miembros han contribuido al software LIGO Scientific Collaboration Algorithm Library Suite y al proyecto de computación distribuida Einstein@home. La UIB ha liderado diferentes búsquedas de señales continuas procedentes de púlsares desconocidos (estrellas de neutrones en rotación) en los seis periodos de observación de LIGO–inicial y GEO600, entre 2002 y 2010, y ha generado y utilizado simulaciones numéricas, mediante el uso de infraestructura computacional Europea (PRACE)  y de la Red Española de Supercomputación, para crear sofisticados modelos analíticos de fusión de sistemas binarios de agujeros negros para ser usados en el análisis de los datos. El grupo de la UIB contribuye así a las actividades prioritarias marcadas en el libro blanco de análisis de datos de LIGO-Virgo.

Esta nueva generación de detectores avanzados LIGO-Virgo, que entró en funcionamiento el pasado mes de septiembre de 2015, abrirá una nueva ventana al universo que nos permitirá observar directamente agujeros negros, probar la relatividad general de Einstein y teorías sobre materia en condiciones extremas. Estos detectores proporcionarán información sobre la naturaleza de las explosiones de rayos gamma, la ecuación de estado de estrellas de neutrones, el colapso de estrellas masivas, cuán abundante son los agujeros negros de masa estelar, cómo se forman y evolucionan los sistemas binarios, y cuál ha sido su efecto sobre las tasas de formación de estrellas, entre otras muchas preguntas abiertas en astrofísica, cosmología y física fundamental. Sin embargo, para extraer la máxima información posible, y avanzar en la ciencia, estamos obligados a identificar correctamente las fuentes y medir sus parámetros físicos de forma precisa.

Nuestro proyecto en la UIB contribuye de forma directa a algunos de los principales retos que deben superarse: el modelado (incluyendo la precesión y modos subdominantes) de la fusión de sistemas binarios y el desarrollo de estrategias de análisis de datos óptimos para la detección y estimación de parámetros.

El desarrollo de catálogos de agujeros negros fusionándose, y cómo extraer información a partir de ellos, ha sido el centro de la investigación de Sascha Husa durante la última década. Junto con sus colegas en la UIB, en la Universidad de Cardiff y el Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, Sascha Husa ha desarrollado modelos que no sólo describen la fusión de dos agujeros negros de forma precisa, sino que sus fórmulas también pueden calcularse particularmente rápidamente y son utilizados en el sistema de análisis en-línea de los datos de LIGO. Esta rapidez es esencial para identificar rápidamente el origen de las posibles señal y posibilitar la identificación de contrapartidas electromagnéticas. Algunas de las simulaciones numéricas del grupo de la UIB sobre la colisión de agujeros pueden ser visualizada en nuestro canal de youtube UIB@GRG.

Para la búsqueda de las débiles señales procedentes de púlsares desconocidos es necesario integrar los datos tomados durante largos períodos de observación, de al menos varios meses, para así tener alguna posibilidad de descubrir algo. Por eso para Alicia Sintes y otros miembros del grupo, es ahora, justo cuando ya ha terminado la toma de datos y los detectores se están actualizando para poder volver a operar en el otoño con una mejor sensibilidad, cuando está empezando la fase más excitante del análisis de los datos de LIGO. Junto con Miquel Oliver y con la ayuda técnica de Pep Covas y Laura Keitel están ya inundando con sus programas los diferentes recursos computacionales de la colaboración LIGO, en particular el clúster Atlas del Albert Einstein Institute, y los existentes en el Laboratorio LIGO y Caltech. Su objetivo es descubrir nuevos objetos y obtener información sobre la materia en el interior de las estrellas de neutrones, un objeto de aproximadamente el tamaño de Menorca y con una masa 50% mayor que nuestro Sol, gobernado por las leyes de la teoría cuántica.

Dado que los recursos computacionales para este tipo de búsquedas son limitados, hay una feroz competición interna por ellos, y obliga al grupo en la participación en los llamados ‘mock data challenges’ en los que se compara la eficiencia y el coste computacional de las diferentes búsqueda propuestas por diferentes equipos de la propia colaboración. De momento estamos muy orgullosos que el método liderado por la UIB y basado en la transformada de Hough (para tratamiento de imágenes) siempre ha sido clasificado de máxima prioridad.

Los miembros del grupo también tenemos obligaciones y responsabilidades dentro de esta macro-organización. En particular Sascha Husa es en la actualidad revisor interno del sistema de detección en línea para señales “cortas” y Alicia Sintes lo es de otras búsquedas de señales continuas y de explosiones de rayos gamma. El grupo es además responsable de mantener la versión en español de ligo.org. Con anterioridad, Alicia Sintes fue ‘chairman’ del grupo de trabajo “GEO detector characterization working group”, la UIB también proporcionó apoyo informático tipo “help-desk” para los servicios internos de my.ligo.org y ha elaborado material de divulgación.

Entre otras obligaciones, también está hacer turnos en las salas de control en los observatorios. Miquel Oliver, uno de los estudiantes de doctorado de la UIB, ha tenido el honor (y la obligación) de estar durante 3 meses (Septiembre-Diciembre 2015) trabajando en la sala de control del observatorio LIGO Hanford, monitorizando el instrumento y caracterizando los datos, coincidiendo con este primer ciclo de funcionamiento de Advanced LIGO, periodo de tiempo que estamos seguros podrá hacer historia y que él nunca olvidará.

El grupo de Relatividad y Gravitación es miembro del Instituto de Aplicaciones Computacionales de Código Comunitario (IAC3) de la UIB y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC). Tiene el apoyo del Ministerio de Economía  y Competitividad (FPA2013-41042-P), la Conselleria d’Educació, Cultura i Universitats del Govern de les Illes Balears, el Fondo Social Europeo, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, la Red Española de Supercomputación y PRACE. Además participa en el proyecto Consolider Ingenio Multidark. (CSD2009-00064) y forma parte la red consolider: Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN – FPA2015-69037-REDC) y de las redes de excelencia: Red nacional de astropartículas (RENATA- FPA2015-68783-REDT) y Red temática de ondas gravitacionales (REDONGRA – FPA2015-69815-REDT).