Las ondas gravitacionales deforman el espacio-tiempo, estirándolo y comprimiéndolo a su paso. Este efecto sobre los brazos de los detectores es del orden de 10⁻¹⁹ metros, ¡mucho más pequeño que el diámetro de un protón! Para ser sensibles a variaciones tan ínfimas, los detectores se calibran en tiempo real mediante circuitos de control por retroalimentación y un procedimiento preciso que modela su respuesta a 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 tanto la interpretación del fenómeno cósmico que la generó— se ve comprometida.
Imagen: Carl Knox - OzGrav, Swinburne University Of Technology
Recalibrar retrospectivamente los datos recogidos
Sin embargo, si la señal gravitacional detectada es suficientemente intensa (es decir, se distingue claramente del ruido de fondo), es posible recalibrar retrospectivamente los datos recogidos por un detector mal calibrado comparando su señal con las predicciones de la relatividad general, así como con las señales observadas por los otros detectores. Los modelos teóricos desempeñan aquí un papel similar al de las partituras musicales, que indican la forma esperada de la señal (las "notas" que debe "tocar"). Combinados con los datos de los detectores bien calibrados, permiten corregir los efectos parásitos en los datos del detector mal calibrado. El proceso es comparable a la forma en que los programas de producción musical corrigen las notas falsas de un cantante para alinearlas con una melodía.
"Las ondas gravitacionales son ondulaciones del espacio-tiempo que estiran y comprimen el espacio", explica Christopher Berry, investigador del "Institute for Gravitational Research" de la Universidad de Glasgow. "Son extremadamente tenues cuando llegan a la Tierra, millones de años después de los eventos que las produjeron. No podemos oírlas directamente, pero nuestros detectores pueden convertir sus señales en ondas sonoras, cuya frecuencia aumentamos para escucharlas. Cada señal produce entonces un 'chirrido' característico, rico en información sobre sus fuentes: masas, espines, distancia y localización. En el caso concreto de la fusión de dos agujeros negros, la técnica de calibración astrofísica funciona porque el 'chirrido' de la señal está descrito con una precisión extrema por la teoría de la relatividad general de Einstein."
Prueba en dos señales particularmente intensas e interesantes
En un artículo que se publicará en Physical Review Letters, investigadores de la colaboración LVK demuestran cómo esta técnica se ha aplicado a dos señales particularmente intensas e interesantes: GW240925 y GW250207 (los nombres de las señales indican su fecha de detección, respectivamente en septiembre de 2024 y febrero de 2025). En el momento en que estas señales fueron captadas, el detector LIGO Hanford (Estado de Washington, Estados Unidos) no se encontraba en condiciones óptimas, lo que hacía especialmente difícil la interpretación de sus datos.
En el momento en que se captaron las dos señales estudiadas, el detector de Hanford sufría inestabilidad, mientras que los de Livingston y Virgo funcionaban de manera nominal.
Imagen: colaboración Virgo
Al comparar las señales predichas por la teoría con las señales observadas simultáneamente por los detectores LIGO Livingston (en Luisiana) y Virgo (en Italia), los investigadores pudieron extraer conclusiones precisas sobre la forma en que el detector LIGO Hanford había distorsionado los datos recogidos. Para GW240925, este método confirmó los errores de calibración ya medidos in situ. Para GW250207, en cambio, fue indispensable recurrir a la calibración astrofísica, ya que no se disponía de ninguna medición de calibración fiable en el sitio.
Gracias a la calibración corregida del detector LIGO Hanford, los investigadores de LVK determinaron que GW240925 había sido generado por la fusión de dos agujeros negros con masas respectivas de 9 y 7 veces la del Sol, situados a unos 350 megaparsecs de la Tierra, mientras que GW250207 provenía de dos agujeros negros de 35 y 30 masas solares, a unos 200 megaparsecs. Sin una consideración rigurosa de las incertidumbres de calibración, estas estimaciones podrían haber estado sesgadas hacia valores incorrectos.
Astronomía gravitacional de precisión
"Estos descubrimientos muestran que, después de más de una década de trabajo desde la primera detección, hemos desarrollado una comprensión profunda de toda la cadena de análisis, desde las propias señales hasta el comportamiento de los detectores. En el raro caso de que un detector funcione mal, ahora disponemos de métodos robustos para aprovechar los datos de los otros detectores con el fin de obtener los mejores resultados posibles. Esta información es crucial para distinguir falsas desviaciones respecto a la relatividad general, que podrían provenir de un comportamiento no modelado del detector", se alegra Elisa Maggio, investigadora del Instituto Nacional de Física Nuclear italiano (INFN) y antigua postdoctoranda y becaria Marie Curie en el Instituto Max Planck (Instituto Albert Einstein) de Potsdam.
"Es notable que estos colosales eventos cósmicos no solo puedan ser medidos por nuestros instrumentos, sino que también sirvan para validar nuestras mediciones. El hecho de que hayamos logrado utilizar la calibración astrofísica demuestra la madurez de las capacidades de los detectores de ondas gravitacionales. Pasamos de la era de los primeros descubrimientos a la de la astronomía gravitacional de precisión. Además, el catálogo de detecciones de ondas gravitacionales no deja de enriquecerse, y dentro de unas semanas publicaremos un nuevo capítulo, con nuevas observaciones que profundizarán y ampliarán aún más nuestra comprensión del Universo y de sus fenómenos más violentos", concluye Benoît Revenu, investigador del laboratorio Subatech (CNRS, IMT Atlantique, Universidad de Nantes) en Nantes y responsable del análisis cosmológico para estos dos eventos tan particulares.