Nous criteris per millorar la robustesa dels mètodes per cercar senyals persistents d’estels de neutrons a partir d’ones gravitacionals contínues

Les ones gravitatòries han obert una nova finestra per observar l’univers. Després de les primeres deteccions de senyals produïdes per la fusió de forats negres i estels de neutrons, la comunitat científica centra ara part dels seus esforços a trobar un tipus de senyal encara més difícil de detectar: les anomenades ones gravitatòries contínues. La tesi doctoral de Rafel Jaume Amengual, defensada a la Universitat de les Illes Balears (UIB), contribueix a aquest objectiu amb el desenvolupament de noves metodologies per dur a terme cerques més fiables i eficients en les dades dels detectors d’Advanced LIGO a Hanford (Washington) i Livingston (Louisiana), als Estats Units.

Les ones gravitatòries contínues són senyals molt febles que es creu que són emeses per estels de neutrons que giren a gran velocitat i presenten petites irregularitats en la forma. A diferència de les ones transitòries detectades fins ara, que duren només uns segons, aquestes emissions podrien mantenir-se durant anys. La detecció permetria estudiar amb un nivell de detall sense precedents l’estructura interna de les estrelles de neutrons i les propietats de la matèria sotmesa a condicions extremes.

La tesi doctoral de Rafel Jaume Amengual se centra especialment en els mètodes de cerca coneguts com a transformada de Hough i en la seva implementació SkyHough. Aquestes tècniques permeten analitzar volums enormes de dades acumulades durant mesos d’observació, i identificar possibles candidats a correspondre amb senyals astrofísics reals. Mitjançant una estratègia jeràrquica que combina nivells d’anàlisi i comprovacions de consistència entre detectors, és possible explorar grans regions del cel sense que el cost computacional esdevengui inassumible.

La metodologia emprada es va aplicar a les dades del tercer període d’observació d’Advanced LIGO (O3). L'investigador va processar els registres dels detectors i els va transformar en representacions espectrals que permeten rastrejar possibles senyals persistents al llarg del temps. Tot i que no es va obtenir una detecció concloent, l’estudi va permetre establir nous límits superiors sobre la intensitat màxima que podrien tenir aquestes ones gravitatòries en diverses bandes de freqüència. Aquests resultats aporten informació valuosa sobre les possibles deformacions dels estels de neutrons i sobre les poblacions d’aquests objectes a la nostra galàxia.

Un altre aspecte destacat de la tesi és l’anàlisi dels anomenats artefactes espectrals, petits senyals que generen els mateixos instruments i que poden confondre’s amb evidències d’origen còsmic. L’estudi desenvolupa una avaluació quantitativa de similitud que ajuda a diferenciar més bé un senyal real i una interferència instrumental, fet que permet optimitzar els recursos que es dediquen a la verificació dels candidats més prometedors.

«Per comprendre més bé alguns dels fenòmens més extrems de l’univers, necessitam eines capaces de distingir senyals extraordinàriament febles del renou de fons. Millorar aquestes metodologies ens acosta a deteccions futures que poden transformar el nostre coneixement de les estrelles de neutrons i de la física fonamental», destaca l’investigador Rafel Jaume Amengual, membre del grup de recerca en Física Gravitacional: Teoria i Observació (GRAVITY) de l’Institut d’Aplicacions Computacionals de Codi Comunitari (IAC3) de la UIB.

Aquesta tesi doctoral consolida la participació de la UIB en una de les línies de recerca més actives de l’astrofísica moderna. Les eines i els procediments desenvolupats contribuiran a augmentar la robustesa de cerques d’ones gravitatòries contínues futures i a aprofitar al màxim les capacitats dels detectors de nova generació. Encara que aquests senyals continuen sent esquius, cada millora metodològica incrementa les possibilitats de detectar-los i d’obtenir una nova font d’informació sobre alguns dels objectes més fascinants de l’univers.

• Doctorand: Rafel Jaume Amengual
• Títol: Robust All-Sky Searches for Continuous Gravitational Waves from Isolated Neutron Stars: Hough Methods and Instrumental Line Similarity in LIGO O3.
• Direcció de tesi: Dr. Sascha Husa i Dra. Alícia Magdalena Sintes Olives
• Programa de Doctorat en Física