Subscribe Us

CIENCIA. Astrónomos detectan la colisión más poderosa entre agujeros negros

La impresión de un artista de dos agujeros negros en colisión. Fuente: Carol y Mike Werner / Visuals Unlimited, INC./Biblioteca de fotografías científicas

Los astrónomos han detectado la colisión de agujeros negros más poderosa, distante y desconcertante hasta ahora utilizando ondas gravitacionalesDe los dos gigantes que se fusionaron cuando el Universo tenía la mitad de su edad actual, al menos uno, que pesa 85 veces más que el Sol, tiene una masa que se pensó que era demasiado grande para estar involucrada en tal evento. Y la fusión produjo un agujero negro de casi 150 masas solares, estimaron los investigadores, colocándolo en un rango en el que nunca antes se habían visto de manera concluyente tales agujeros negros.


Este hecho confirma la existencia de agujeros negros de "masa intermedia": objetos mucho más masivos que una estrella típica, pero no tan grandes como los agujeros negros supermasivos que habitan los centros de las galaxias.

El evento, descrito en dos artículos publicados el 2 de septiembre, se detectó el 21 de mayo 2019, por el doble de Interferómetro Láser gravitacional de onda de la antena (LIGO) en los Estados Unidos y por el más pequeño observatorio Virgo en Italia. Se le ha llamado GW190521 después de su fecha de detección. Desde 2015, LIGO y Virgo han proporcionado nuevos conocimientos sobre el cosmos al detectar ondas gravitacionalesEstas ondas en el tejido del espacio-tiempo pueden revelar eventos como las fusiones de agujeros negros que normalmente no serían visibles con telescopios ordinarios.


A partir de las propiedades de las ondas gravitacionales, como la forma en que cambian de tono, los astrofísicos pueden estimar los tamaños y otras características de los objetos que las produjeron a medida que giraban en espiral entre sí. Esto ha revolucionado el estudio de los agujeros negros, proporcionando evidencia directa de docenas de estos objetos, que varían en masa desde unas pocas hasta aproximadamente 50 veces la masa del Sol.
Estas masas son consistentes con los agujeros negros que se formaron de una manera "convencional", cuando una estrella muy grande se queda sin combustible para quemarse y colapsa por su propio peso. Pero la teoría convencional dice que el colapso estelar no debería producir agujeros negros entre 65 y 120 masas solares. Eso es porque hacia el final de sus vidas, las estrellas en un cierto rango de tamaños se vuelven tan calientes en sus centros que comienzan a convertir fotones en pares de partículas y antipartículas, un fenómeno llamado inestabilidad de pares. Esto desencadena la fusión explosiva de los núcleos de oxígeno, que destroza la estrella y la desintegra por completo.
En su último descubrimiento, los detectores LIGO y Virgo detectaron solo las últimas cuatro ondas producidas por los agujeros negros en espiral, con una frecuencia que aumentó de 30 a 80 Hertz en una décima de segundo. Mientras que los agujeros negros relativamente más pequeños continúan "chirriando '' hasta frecuencias más altas, los muy grandes se fusionan antes y apenas entran en el extremo inferior del rango de frecuencias al que los detectores son sensibles. En este caso, se estimó que los dos objetos pesaban entre 85 y 66 masas solares.

A mediados de la década de 1980, a Bernard Schutz se le ocurrió una nueva solución a uno de los problemas más antiguos de la astronomía: cómo medir la distancia de la Tierra a otros objetos del cosmos.  Schutz, físico de la Universidad de Cardiff, Reino Unido, se dio cuenta de que las ondas gravitacionales podrían proporcionar la respuesta. Predijo que las ondas gravitacionales podrían ser marcadores inequívocos de la rapidez con la que se expande el Universo.

Agujeros negros no convencionales

Para explicar sus observaciones, los investigadores de LIGO consideraron una variedad de posibilidades, incluido que los agujeros negros habían existido desde el principio de los tiempos. Durante décadas, los investigadores han conjeturado que esos agujeros negros "primordiales" podrían haberse formado espontáneamente en una amplia gama de tamaños poco después del Big Bang.
El escenario principal que el equipo contempló es que los agujeros negros se volvieron tan grandes porque ellos mismos eran el resultado de fusiones anteriores de agujeros negros. Los agujeros negros resultantes del colapso estelar deberían pulularse dentro de densos cúmulos estelares y, en principio, podrían sufrir fusiones repetidas. Pero incluso este escenario es problemático porque, después de una primera fusión, el agujero negro resultante normalmente debería recibir una patada de las ondas gravitacionales y eyectarse del cúmulo. Solo en casos raros el agujero negro permanecería en un área donde podría sufrir otra fusión.
Las fusiones sucesivas serían más probables si los agujeros negros habitaran la región central de su galaxia, donde la gravedad es lo suficientemente fuerte como para evitar que se escapen los objetos que se aproximen.
No se sabe en qué galaxia ocurrió la fusión. Pero aproximadamente en la misma región del cielo, un equipo de investigadores vio un quásar, un centro galáctico extremadamente brillante impulsado por un agujero negro supermasivo, que experimentaba una llamarada alrededor de un mes después de GW190521 La llamarada podría haber sido una onda de choque en el gas caliente del quásar producido por el agujero negro en retroceso, aunque muchos astrónomos son cautelosos al aceptar que los dos fenómenos estén relacionados.
Esta es la segunda vez este año que la colaboración LIGO-Virgo se ha adentrado en un rango de masas 'prohibido': en junio, describieron una fusión que involucra un objeto de aproximadamente 2.6 masas solares, generalmente considerado demasiado ligero para ser un agujero negro, pero demasiado masivo para ser una estrella de neutrones.
Fuentes:
- R. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150M⊙.  Phys. Rev. Lett. 125, 101102 – 2 September 2020. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.101102
- M. J. Graham et al. Candidate Electromagnetic Counterpart to the Binary Black Hole Merger Gravitational-Wave Event S190521g*. Phys. Rev. Lett. 124, 251102 – 25 June 2020. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.251102
- R. Abbott, et al. Properties and Astrophysical Implications of the 150 M⊙ Binary Black Hole Merger Gw190521. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aba493
- R. Abbott, et al. GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab960f

PUBLICIDAD

Publicar un comentario

0 Comentarios