Detectan la colisión de agujeros negros más masiva jamás observada
3 septiembre, 2020
En el Observatorio Gravitacional Virgo, en Italia, es normal escuchar chirridos que provienen del espacio, de acuerdo a Nelson Christensen, quien investiga ahí; sin embargo, en esta ocasión fue un “bang”. No se trata de un simple cambio en la onomatopeya para describir una señal que se recibe del espacio, sino de la onda gravitacional más masiva de la que se tiene conocimiento hasta ahora. En un trabajo en conjunto con el Observatorio de Interferómetro Láser de ondas-Gravitacionales (LIGO), en Estados Unidos, se investigó esta señal. El resultado se publicó hoy en un par de artículos científicos.
Dos agujeros negros y una gran onda gravitacional
En el espacio viajan distintos zumbidos en forma de onda gravitacional. A través de ellos nos enteramos de fenómenos extremos a millones de años luz. Ese “bang” se reporta desde los observatorios Virgo y LIGO anuncia la fusión más masiva entre agujeros negros que se ha visto hasta ahora. Se trata de un agujero negro de masa intermedia que alcanza (ya en su versión final) una masa de entre 100 y 1,000 veces la masa de nuestro Sol.
Este nuevo cuerpo celeste recibió el nombre de GW190521. La señal fue detectada el 21 de mayo de 2019 y duró menos de una décima de segundo. De acuerdo a los investigadores, la fuente de esta señal se encuentra a 5 gigaparsecs. De acuerdo a esta distancia habría ocurrido cuando el universo estaba a la mitad de su vida actual. Además sería la onda gravitacional más distante que se ha registrado
Las ondas gravitacionales que conocemos hasta ahora suelen ser producto de la fusión de un sistema binario, ya sea de estrellas de neutrones o de agujeros negros. En este caso se trata de los segundos. Las masas de los dos cuerpos que se fusionaron eran de aproximadamente 85 y 66 veces la masa del Sol, respectivamente. Ambos acercaron sus órbitas cada vez más y como sus ángulos no estaban alineados comenzaron a tambalearse con la cercanía.
El resultado de la colisión fue un nuevo agujero negro de mayor tamaño: 142 masas solares. Con la fusión se liberó la energía equivalente a 8 masas solares que salió disparada por el espacio en forma de ondas gravitacionales. Con el descubrimiento de este agujero negro tenemos una nueva categoría.
Normalmente se reconocen dos tipos: agujeros negros de masa estelar, que van de pocas masas solares a algunas decenas, por otro lado están los agujeros negros supermasivos que tienen cientos de miles de veces la masa del Sol. Los primeros surgen cuando muere una estrella masiva y el segundo tipo es el que conocemos al centro de la Vía Láctea.
La fusión de estos dos agujeros negros representa un cuerpo único, al menos en lo que conocemos hasta ahora. La explicación que tenemos sobre la formación de un agujero negro comienza cuando el nucleo de una estrella no es capaz de resistir la presión de las capas exteriores y colapsa en forma de supernova, después de esto pasa a su forma de agujero negro. De esta forma una estrella de 130 masas solares produciría un agujero negro de 65 masas solares. Con estrellas más grandes, de 200 o más masas solares, el colapso llevaría directamente a un agujero negro de 120 masas solares.
Existe algo llamado “brecha par de inestabilidad de masas”. Esta indica que una estrella que colapsa es capaz de producir agujeros negros menores a 65 masas solares o mayores a 120. En los casos intermedios la estrella llegaría a un punto de inestabilidad y estallaría sin dejar nada a su paso. Además de la fusión entre dos agujeros negros, lo extraordinario de GW190521 es que uno los agujeros negros que lo formó tenía una masa de 85 soles, lo que lo ubica dentro de la brecha.
Este descubrimiento lleva a reconsiderar la formación de agujeros negros. Una de las posibilidades que ofrecen los investigadores que estudiaron a GW190521 es la fusión jerárquica. En este caso un agujero negro de gran tamaño se habría formado por la fusión de dos más pequeños. De ser así, el cuerpo de mayor tamaño en la fusión podría haberse formado previamente por otra fusión.
“Este evento abre más preguntas que las respuestas que ofrece”, comenta Alan Weinstein, colaborador en el observatorio LIGO y profesor de física en el Instituto Tecnológico de California. “Desde la perspectiva del descubrimiento y de la física, es algo muy emocionante”, agrega. Los resultados se publicaron en un par de artículos, uno de ellos en la revista científica Physical Review Letters y el otro en The Astrophysical Journal Letters.