Explicado: dos agujeros negros se fusionaron hace miles de millones de años, pero ahora desconcierta a los científicos
LIGO y Virgo detectan señales de ondas gravitacionales liberadas en la fusión. Uno de los dos agujeros negros principales era de una masa intermedia inusual, lo que desafía el conocimiento científico tradicional. ¿Qué se entiende generalmente y qué explica este tamaño inusual?
Concepto del artista que ilustra un esquema jerárquico para fusionar agujeros negros. (Crédito: LIGO / Caltech / MIT / R Hurt [IPAC]) Hace miles de millones de años, una colisión entre dos agujeros negros envió ondas gravitacionales a través del universo. En 2019, las señales de estas ondas fueron detectado en el observatorio de ondas gravitacionales LIGO (Estados Unidos) y el detector Virgo (Italia).
Sin embargo, lo que ha emocionado a los científicos es la masa de uno de los agujeros negros principales, que desafía el conocimiento tradicional de cómo se forman los agujeros negros.
El descubrimiento y el análisis se describen en dos artículos de investigación. Uno en Cartas de revisión física , detalla el descubrimiento y propone posibles formas en las que pudo haber tenido lugar la fusión inusual. El otro papel, en Las cartas del diario astrofísico , analiza las propiedades físicas de la señal.
¿Qué se detectó exactamente?
Era una señal de una onda gravitacional, un campo de descubrimiento relativamente nuevo. Las ondas gravitacionales son ondas invisibles que se forman cuando una estrella explota en una supernova; cuando dos grandes estrellas se orbitan entre sí; y cuando dos agujeros negros se fusionan. Viajando a la velocidad de la luz, las ondas gravitacionales aprietan y estiran cualquier cosa a su paso.
Las ondas gravitacionales fueron propuestas por Albert Einstein en su Teoría de la relatividad general hace más de un siglo. Sin embargo, fue solo en 2015 que LIGO detectó la primera onda gravitacional. Desde entonces, ha habido una serie de detecciones posteriores de ondas gravitacionales.
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La señal detectada en LIGO y Virgo, tal como la describe la Colaboración LIGO, se asemejaba a unos cuatro movimientos cortos y duró menos de una décima de segundo.
¿De dónde vino?
El análisis posterior sugirió que lo más probable es que GW190521 haya sido generado por una fusión de dos agujeros negros. La señal probablemente representó el instante en que los dos se fusionaron. Se calculó que provenía de aproximadamente 17 mil millones de años luz de distancia, y de una época en que el universo tenía aproximadamente la mitad de su edad.
Pero estos hallazgos llevaron a más preguntas. Uno de los dos agujeros negros fusionados cae en un rango de masa intermedio, un desajuste que no puede explicarse por el conocimiento tradicional de cómo se forman los agujeros negros.
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¿Por qué es inusual?
Todos los agujeros negros observados hasta ahora pertenecen a dos categorías. Una categoría varía entre unas pocas masas solares (una masa solar es la masa de nuestro Sol) y decenas de masas solares. Se cree que se forman cuando mueren las estrellas masivas.
La otra categoría es la de los agujeros negros supermasivos. Estos van desde cientos de miles hasta miles de millones de veces la de nuestro sol.
Según el conocimiento tradicional, las estrellas que podrían dar a luz agujeros negros de entre 65 y 120 masas solares no lo hacen; las estrellas en este rango se desintegran cuando mueren, sin colapsar en un agujero negro.
Pero en la fusión que condujo a la señal GW190521, el agujero negro más grande tenía 85 masas solares, muy dentro de este rango inesperado, conocido como brecha de masa de inestabilidad de pares. Es el primer agujero negro de masa intermedia jamás observado. (De hecho, el agujero negro más pequeño también está en el límite, con 66 masas solares).
Los dos se fusionaron para crear un nuevo agujero negro de aproximadamente 142 masas solares. Se liberó energía equivalente a ocho masas solares en forma de ondas gravitacionales, lo que dio lugar a la onda más fuerte jamás detectada por los científicos hasta ahora.
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¿Cómo pudo haberse formado el agujero negro de masa inusual?
Los investigadores sugieren que el agujero negro de 85 masas solares no fue el producto de una estrella en colapso, sino que fue en sí mismo el resultado de una fusión anterior. Formado por una colisión entre dos agujeros negros, es probable que el nuevo agujero negro se fusione con el agujero negro de 66 masas solares, lo que genera ondas gravitacionales y la señal recibida por LIGO y Virgo.
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