Su origen es inexplicable
La fusión de dos agujeros negros en otro supermasivo
desconcierta a la comunidad astrofísica
Se formó hace 7 mil millones de años, a una distancia de
17.000 millones de años luz. Fue detectado por científicos de Italia y Estados
Unidos.
Interpretación artística del aspecto que podría presentar
GW190521
Imagen: Raúl Rubio / Virgo Valencia Group
De SINC/Público especial para Página/12
Hace siete mil millones de años, a una distancia de 17.000
millones de años luz, dos agujeros negros, de 66 y 85 masas solares, se
fusionaron dando lugar a un nuevo agujero negro masivo, de alrededor de 142
masas solares. Tanto las componentes primarias como el remanente se sitúan en
un rango de masas superior al que se había observado hasta la fecha, y el
resultante es el agujero negro más masivo jamás detectado con
ondas gravitacionales.
Este hallazgo ha sido el resultado de 15 meses de trabajo
por parte de dos grandes colaboraciones científicas (Virgo en Italia
y LIGO en
EE.UU.) que han contado con centenares de expertos de diversos países,
incluyendo participación española.
Los resultados obtenidos, así como sus implicaciones
científicas, se acaban de dar a conocer mediante dos artículos publicados en las
revistas Physical Review Letters y Astrophysical Journal Letters.
"Esta detección abre la puerta a descubrir muchos
más posibles efectos astrofísicos nuevos", adelanta Thomas Dent
El sistema binario masivo se ha bautizado como GW190521,
ya que el evento de ondas gravitacionales se percibió el 21 de mayo de 2019–.
Que se haya batido el récord de masa detectado por las
colaboraciones Virgo y LIGO es un descubrimiento sin precedentes. "Esta
detección abre la puerta a descubrir muchos más posibles efectos
astrofísicos nuevos", adelanta Thomas Dent, coordinador
del programa de ondas gravitacionales en el Instituto Galego de Física de Altas
Enerxías (IGFAE) y miembro de la Colaboración Científica LIGO.
Un aspecto crucial es que el agujero negro remanente es de
masa intermedia, y esto está relacionado con uno de los rompecabezas más
fascinantes y complejos de la astrofísica y la cosmología: el origen de
los agujeros negros supermasivos. Estos monstruos gigantes, de millones a
miles de millones de veces más masivos que el Sol y a menudo en el centro de
las galaxias, podrían surgir de la fusión de agujeros negros de masa intermedia
más pequeños.
"Debe haber mecanismos que no entendemos y que permitan
la generación de agujeros negros con masas solares superiores, como
supernovas", explica a SINC la investigadora Alicia Sintes, de
la Universitat de les Illes Balears (UIB) y miembro de LIGO.
Hasta hoy, muy pocos candidatos de este tipo han sido
identificados únicamente a través de observaciones electromagnéticas y esta es
la primera observación vía ondas gravitacionales. Además, el rango de 100 a
1.000 masas solares ha representado durante muchos años un desierto de agujeros
negros.
Un fenómeno no explicado
Los astrofísicos diferencian los agujeros negros en tres
grupos en función de su masa.
Por un lado, se encuentran los agujeros negros
supermasivos, con una masa que oscila entre centenas de miles hasta miles
de millones de veces la masa del Sol. Este es el caso del agujero negro que se
encuentra en el centro de la Vía Láctea, con una masa alrededor de 4 millones
de veces la del Sol. El modo en el que se generaron todavía es un misterio.
La comunidad astrofísica no esperaba observar ningún
agujero negro en un rango comprendido entre las 60 y las 120 masas solares
Por otro lado, se sitúan los agujeros negros de masa
intermedia, cuyas masas oscilan entre 100 y 100.000 veces la masa del Sol.
Su origen es impreciso. Es el caso del remanente percibido, el GW190521, que ha
sido originado a partir de la fusión de otras dos masas masivas.
Por último, se hallan los agujeros negros de masa estelar,
cuya masa es de unas pocas decenas de veces la masa solar. Se cree que se
formaron a partir del colapso del núcleo de una estrella masiva, mediante explosiones
de supernova.
Uno de los misterios del nuevo hallazgo es el origen de los
dos agujeros negros progenitores. "Si surgieron del colapso de estrellas,
se sitúan en un rango de masas en el cual su presencia se considera, en teoría,
imposible", explica Dent. "Por tanto, podría ayudar a mejorar nuestra
comprensión sobre las etapas finales de la vida de las estrellas masivas",
vaticina. Si logran conocerlo y comprenderlo, podrían averiguar cuál es el
origen de los agujeros negros supermasivos, uno de los rompecabezas más
complejos de la astrofísica y la cosmología.
Se sabe que los agujeros negros con masas entre 65 y 120
veces la masa del Sol no pueden haber sido formados tras el colapso de
una estrella. Mediante un fenómeno conocido como "inestabilidad de
pares", al estallar las estrellas con estas masas, únicamente dejan tras
de sí una nube de gas y polvo cósmico, 'imposibilitando' la formación de
agujeros negros de estas dimensiones.
Por lo tanto, la comunidad astrofísica no esperaría observar
ningún agujero negro en este rango de masas solares, entre unas 60 y 120. Ese
es exactamente el rango de masas en el que se encuentra la componente más
masiva de GW190521 (66 y 85 masas solares).
"Las ondas gravitacionales que estamos recibiendo
describien eventos que no esperábamos ver", señala Sintes.
"Varios escenarios predicen la formación de agujeros
negros en el hueco en la distribución de masas debido a la inestabilidad de
pares: podrían ser el resultado de la fusión de agujeros negros más
pequeños o de la colisión de (múltiples) estrellas masivas, o incluso
de procesos más exóticos", añade Michela Mapelli de la Universidad de
Padua (Italia) y el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), además de
pertenecer a la Colaboración Virgo.
"Sin embargo, es también posible que tengamos que
revisar nuestra comprensión actual de las etapas finales de la vida de una
estrella y las restricciones sobre la masa final en los procesos de formación
de agujeros negros", prosigue Mapelli.
"Las ondas gravitacionales que estamos recibiendo
describien eventos que no esperábamos ver", señala Sintes.
Tito Dal Canton, investigador del Centre National de la
Recherche Scientifique (CNRS) en el Irène Joliot-Curie Lab, en Orsay (Francia),
y miembro de Virgo, explica que los agujeros negros iniciales rotaban
rápidamente.
"La señal muestra indicios de precesión, una rotación
del plano orbital producido por rotaciones de gran magnitud y orientación
particular", indica Dal Canton. "El efecto es débil y no podemos
afirmar que esté presente de manera categórica, pero, si fuera cierto, apoyaría
la hipótesis de que los agujeros negros progenitores surgen y viven en entornos
cósmicos muy inestables y concurridos, como un cúmulo estelar denso o un disco
de acreción de un núcleo galáctico activo", pronostica.
"Ha sido muy complejo interpretar la señal al estar en
el límite de nuestra capacidad técnica. Solo tendremos una idea clara de cómo
se formó el sistema que la generó tras investigaciones adicionales y con
detecciones futuras con las que comparar", explica Thomas Dent,
coordinador del programa de ondas gravitacionales en el IGFAE.
Una alianza internacional detrás del descubrimiento
Este descubrimiento ha sido posible mediante una gran
alianza internacional de científicos de dos grandes Colaboraciones. Por un
lado, la Colaboración Virgo se compone actualmente por unos 580 miembros
procedentes de 109 instituciones en 13 países diferentes, incluyendo Bélgica,
Francia, Alemania, Grecia, Hungría, Irlanda, Italia, los Países Bajos, Polonia,
Portugal y España. Virgo aporta también al trabajo uno de los tres detectores
que han sido necesarios para detectar el GW190521, ubicado cerca de Pisa, en
Italia, dentro del Observatorio Gravitacional Europeo.
Por otro lado, en la Colaboración LIGO participan más de
1.300 científicos de todo el mundo. Este, por su parte, aporta otros dos
detectores: uno en el Observatorio Livingston, en Luisiana (EE.UU.) y otro en
el Observatorio Hanford, en Washington.
En cuanto a la participación española, tanto la Universitat
de les Illes Balears (UIB) como el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías
(IGFAE) de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), forman parte de la
Colaboración Científica LIGO; mientras que la Universitat de València (UV), el
Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y el
Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) de Barcelona son miembros de Virgo.
TOMADO DE PAGINA 12 DE AR
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