Una onda gravitacional inusual revela un fenómeno raro

Una nueva onda gravitacional… Desde la primera detección en 2015, los interferómetros LIGO y Virgo, ubicados en Estados Unidos e Italia, respectivamente, han logrado detectar ondas gravitacionales de cerca de 90 sistemas binarios de agujeros negros. Aquellos señales permitió a los científicos deducir ciertas propiedades de estos monstruos cósmicos. Estos incluyen su forma, masa, orientación, etc. Los científicos pudieron sacar conclusiones sobre la formación de estos sistemas binarios. ¡Pero la señal GW190521, detectada en mayo de 2019, resultó ser excepcional! Los científicos comenzaron a considerar escenarios alternativos. Esto podría explicar la formación de este par de agujeros negros y las características de esta violenta fusión.

Una onda gravitacional extremadamente corta

Las ondas gravitacionales son oscilaciones en la curvatura del espacio-tiempo. Son producidos por eventos cósmicos espectaculares. Entonces podría ser la explosión de una estrella o la fusión de dos estrellas de neutrones o dos agujeros negros. En este punto, la señal GW190521 no es una excepción. 🇧🇷 GW190521 se analizó originalmente como la fusión de dos agujeros negros pesados ​​que giran rápidamente y se acercan entre sí a lo largo de órbitas casi circulares. 🇧🇷 explica Rossella Gamba🇧🇷 Es estudiante de doctorado en la Universidad de Jena, miembro de la Colaboración Virgo y primera autora del estudio.

Sin embargo, las características particulares de esta onda llevaron a los investigadores a verificar otras posibles interpretaciones del fenómeno. O sistemas binarios de agujeros negros puede formarse a través de varios procesos astrofísicos. Sin embargo, la mayoría de los LIGO/Virgo detectados son de origen estelar. Son el resultado del colapso de los núcleos de dos estrellas masivas de la misma nube interestelar. Se supone que los agujeros negros así formados se aproximan entre sí describiendo órbitas casi circulares entre sí, al igual que las estrellas de las que se originaron.

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Sin embargo, parece que la fuente de GW190521 puede haberse comportado de manera diferente. La forma y sobre todo la brevedad de la señal (¡menos de una décima de segundo!) sugieren que la fusión podría haber sido instantánea y no precedida por un acercamiento en espiral. De hecho, las ondas gravitatorias no solo se generan en el momento de la fusión, sino también durante los movimientos en espiral del binario hasta la fusión. Lo que no vemos aquí.

Un agujero negro “capturado” por otro

Otro escenario compatible con las características particulares de GW190521 podría ser el de una fusión entre dos agujeros negros. Esto último ocurriría dentro de un denso cúmulo de estrellas, en el que un agujero negro inicialmente aislado ha sido capturado por el campo gravitatorio de otro agujero negro solitario. En el caso de estos encuentros fortuitos, los agujeros negros pueden fusionarse más rápidamente y seguir trayectorias muy excéntricas, explican los investigadores.

Por lo tanto, los dos agujeros negros previamente aislados se habrían encontrado lo suficientemente cerca el uno del otro para atraerse gravitacionalmente. De hecho, las simulaciones por computadora muestran que los dos agujeros negros en colisión en realidad habrían descrito órbitas altamente excéntricas. 🇧🇷 Encontramos que una fusión altamente excéntrica en este caso explica la observación mejor que cualquier hipótesis avanzada previamente. ¡La probabilidad de error es 1:4300! », subraya Matteo Breschi, coautor del estudio, que desarrolló la infraestructura del software de análisis.

Simulación numérica que muestra la curvatura del espacio-tiempo durante la fusión de los dos agujeros negros que produjeron la onda gravitacional GW190521. Créditos: AG Bernuzzi/Universidad de Jena

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🇧🇷 La configuración que mejor coincide con los datos corresponde a dos agujeros negros de aproximadamente 81 y 52 masas solares que pasan por dos encuentros y se fusionan en un agujero negro de masa intermedia. ”, especifican los investigadores en el interior Astronomía de la Naturaleza🇧🇷 Ninguno de estos agujeros negros ha “girado” uno alrededor del otro antes.

El primer “encuentro dinámico” de agujeros negros

Por lo tanto, GW190521 podría ser el primer “encuentro dinámico” de dos agujeros negros de masa estelar jamás observados. Un evento que se considera extremadamente raro. Esta hipótesis también podría explicar las masas inusualmente altas de los agujeros negros “progenitores” observados. En entornos densos, los agujeros negros pueden experimentar múltiples fusiones. Luego verían aumentar su masa después de cada colisión (hasta varias decenas de masas solares).

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Los dos agujeros negros que se fusionaron serían el resultado de fusiones anteriores. Su encuentro dio lugar a un agujero negro de casi 150 masas solares de tamaño. ¡Este es el agujero negro más masivo que la colaboración LIGO/Virgo ha observado hasta la fecha! De hecho, es el primer agujero negro de tipo intermedio claramente identificado.

Los observatorios LIGO y Virgo están haciendo actualmente sujeto a actualización y diversas tareas de mantenimiento, pero volverá a estar operativo en marzo de 2023. Esta será la cuarta campaña de observación desde que se pusieron en línea. A ellos se unirá KAGRA, el observatorio japonés de ondas gravitacionales, desarrollado por la Universidad de Tokio, instalado en una mina subterránea. Las mejoras en los interferómetros, junto con la alta sensibilidad de KAGRA, permitirán detectar más eventos que nunca, y potencialmente otras señales como GW190521.