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ASTRONOMÍA. Un "aluvión" de ondas gravitacionales muestra la colisión de agujeros negros y estrellas de neutrones

 

Representación artística de la colisión de agujeros negros que provocan ondas en el tejido del espacio-tiempo. (Imagen: R. Hurt / Caltech-JPL)

Los científicos han publicado el catálogo más grande de detecciones de ondas gravitacionales hasta la fecha, arrojando nueva luz sobre las interacciones entre los objetos más masivos del universo, los agujeros negros y las estrellas de neutrones. 

El catálogo fue compilado por tres detectores innovadores: los dos detectores del Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) ubicados en Hanford, Washington, y Livingston, Louisiana, y la antena de ondas gravitacionales Virgo europea en Pisa, Italia. La publicación de datos se cargó en el repositorio de papel ArXiv y se envió para su publicación en conjunto. con tres papeles complementarios.

El catálogo contiene 35 nuevos eventos de ondas gravitacionales , ondas en el espacio-tiempo predichas por la teoría de la relatividad general de Albert Einstein en 1916. El último lote de detecciones, realizado durante una campaña de medición que comenzó en noviembre de 2019 y terminó abruptamente en marzo de 2020 debido a la propagación de COVID-19, eleva el número total de eventos de ondas gravitacionales detectados hasta ahora a 90. 

LIGO anunció la primera detección de ondas gravitacionales en 2015. Desde entonces, la tecnología ha dado grandes pasos y durante las carreras de observación, los detectores detectan una señal cada mes.

Según una declaración de Virgo, la mayoría de las ondas gravitacionales recién detectadas se desencadenaron por la fusión de agujeros negrosPero el catálogo también contiene tres detecciones que podrían marcar colisiones entre una estrella de neutrones y un agujero negro. 


Los agujeros negros y las estrellas de neutrones, que son los núcleos colapsados ​​de estrellas supergigantes masivas, son los objetos más densos y masivos del universo. A medida que entran en los campos gravitacionales de los demás, comienzan a orbitar entre sí, formando un sistema binario. Las poderosas fuerzas gravitacionales involucradas desencadenan 'terremotos' cósmicos que reverberan a través del espacio, distorsionando el tejido del espacio-tiempo. Finalmente, estos objetos chocan y se fusionan, formando nuevos agujeros negros supermasivos. 

Algunos de los agujeros negros formados durante las fusiones detectadas recientemente podrían exceder 100 veces la masa del solHasta ahora, los agujeros negros de tales tamaños solo se han predicho teóricamente, y las observaciones recientes podrían finalmente probar su existencia.

Una fusión que LIGO y Virgo recogieron el 21 de mayo de 2019, revelada en el catálogo del año pasado, ya había desafiado esa suposición porque involucraba un agujero negro de 85 masas solares . Ahora que el equipo ha identificado dos eventos atípicos más, parece menos probable que el anterior haya sido una casualidad.

Estas observaciones plantean también algunas preguntas. Por ejemplo, ¿se formó originalmente el sistema con dos estrellas que atravesaron sus ciclos de vida juntas y finalmente se convirtieron en agujeros negros? ¿O los dos agujeros negros se juntaron en un entorno dinámico muy denso como en el centro de una galaxia?.

El último catálogo muestra cuánto ha mejorado la detección de ondas gravitacionales desde el innovador descubrimiento de 2015. Gracias a las mejoras en la sensibilidad de los instrumentos, los científicos ahora realizan nuevas detecciones cada mes cuando los observatorios están en funcionamiento. De hecho, 70 de las 90 detecciones actuales hasta la fecha han estado en las dos últimas ejecuciones de observación que tuvieron lugar desde 2019. 

Tanto LIGO como Virgo ahora están experimentando mejoras para mejorar aún más la sensibilidad y prepararse para una nueva ejecución de observación que comenzará a mediados de 2022. La actualización significa que los observatorios podrán detectar señales provenientes de un volumen del universo casi 10 veces mayor que antes.

Cuando LIGO y Virgo reanuden el trabajo, se les unirá el Detector de Ondas Gravitacionales Kamioka (KAGRA) de Japón, que entró en funcionamiento en febrero de 2020. 

A medida que los agujeros negros se fusionan (ilustración), producen ondas gravitacionales que ondulan a través del Universo. Fuente: Mark Garlick / SPL


Fuentes:

Abbott, R. et al. preprint at https://arxiv.org/abs/2111.03606 (2021).

The LVK collaboration, preprint at https://arxiv.org/abs/2111.03634 (2021).

Japan’s pioneering detector set to join hunt for gravitational waves. Nature 565, 9-10 (2019). doi: https://doi.org/10.1038/d41586-018-07867-z

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