Hace mucho tiempo, en un cúmulo estelar muy, muy lejano… dos agujeros negros supermasivos chocaron y se convirtieron en uno, liberando una corriente de energía que creó el tejido del propio espacio-tiempo.
Y hoy, los instrumentos terrestres fueron capaces de detectar ondas de ese lejano cataclismo cósmico en la tercera detección directa confirmada de ondas gravitatorias. Las detecciones combinadas, informadas por el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ( LIGO ), abren una nueva ventana al espacio.
Las ondas llevan información importante sobre sus fuentes lejanas, y los resultados desafían muchas ideas preconcebidas sobre cómo crecen los agujeros negros, dónde se encuentran y cómo terminan en danzas tan violentas y mortales.
‘El universo todavía tiene misterios ‘, dice el astrofísico Daryl Haggard de la Universidad McGill. ‘Creemos que sabíamos cómo se forman los agujeros negros, y ahora nos encontramos con que todavía tenemos mucho espacio por descubrir’.
danza del agujero negro
LIGO detectó ondas después de la última colisión con agujeros negros en el 2022. el 4 de enero, unos 3.000 millones de años después. Las ondas gravitatorias atravesaron la Tierra y sacudieron idénticos conjuntos de láseres y espejos situados en Hanford, Washington, y Livingston, Luisiana.
Las ondas se contrajeron y expandieron el espacio en la Tierra hasta una fracción de la anchura de un protón, una de las partículas que forman el núcleo de un átomo. Por supuesto, esto es imposible para los humanos que percibir, pero los detectores de LIGO son tan sensibles que ni la más mínima perturbación puede escapar de sus láseres.
Tras analizar cuidadosamente la señal, el equipo de LIGO determinó que era el rastro de una colisión catastrófica entre dos agujeros negros, uno con una masa de cerca de 30 soles y el otro con una masa de 19 soles .
Estos agujeros negros circularon uno alrededor del otro durante eones , convergiendo unos sobre otros en una espiral de muerte cósmica. A medida que se avecinaban, emitían energía en forma de ondas gravitatorias. Y cuando finalmente chocaron y se fusionaron, liberaron aún más energía, asimismo.
El único agujero negro resultante de esta espiral de furia cósmica forma una masa curva y sin fondo de espacio-tiempo equivalente a 50 soles , informa el equipo de LIGO en la revista Physical Review Letters.
Mayor de lo esperado
Las dos primeras detecciones gravitatorias de LIGO en septiembre de 2022 y diciembre de 2022 también implicaron colisiones de agujeros negros. En dos de cada tres casos, los agujeros negros son increíblemente grandes en comparación con las expectativas de los astrofísicos.
En conjunto, los resultados dicen a los científicos que gran parte de lo que pensaban saber sobre los agujeros negros estelares no es del todo correcto.
Los agujeros negros estelares son agujeros negros formados cuando las estrellas más masivas que el Sol explotan y mueren. Uno podría pensar ingenuamente que cuanto mayor es la estrella, mayor es el agujero negro. Pero la astrofísica no necesariamente funciona así.
En cambio, cuanto mayor es la estrella, más turbulenta es , y sus fuertes vientos estelares envían ráfagas de material al espacio durante toda la vida de la estrella. Cuando una estrella muere, ya ha perdido gran parte de su masa, convirtiéndose finalmente en un agujero negro relativamente pequeño .
Durante décadas, la teoría y las observaciones han sugerido que los agujeros negros estelares no pueden superar las 10 masas solares , dice Steinn Sigurdsson, de la Universidad Estatal de Pensilvania. Sin embargo, LIGO revela una serie de agujeros negros con masas muy por encima del límite previsto anteriormente, pero mucho menores que los supergigantes que residen en el núcleo de las galaxias.
‘Antes de nuestros descubrimientos, ni siquiera sabíamos a ciencia cierta que existían estos agujeros negros’, dice Laura Cadonati, del Instituto Tecnológico de Georgia, que forma parte del equipo LIGO. A partir de ahora, los astrofísicos tendrán que romper el cerebro para explicar cómo se formaron estos extraños cuerpos.
‘Debemos encontrar una manera de explicar su tamaño ‘, dice Haggard. ‘Ya era un dilema en el momento del primer descubrimiento de agujeros negros con una masa de 30 Sauls. No hemos tenido ningún modelo que lo descarte por completo, pero son algo sorprendentes. Estos [agujeros negros recientemente descubiertos] son increíblemente masivos.
Una explicación de estos agujeros negros es que sus estrellas huéspedes masivas estaban compuestas originalmente de hidrógeno y helio , lo que provocó vientos menos violentos y, por tanto, mucha menos pérdida de masa. Cuando estas estrellas murieron, mucha más masa se colapsó para formar ese agujero negro.
Estas estrellas eran habituales en cúmulos globulares, o colecciones densas de estrellas extremadamente antiguas, que orbitan galaxias, incluida la nuestra.
Conflictos de teorías del origen
Otra fuente de evidencia LIGO apoyaría la idea de que los cúmulos globulares desempeñan un papel en la saga masiva del dúo de agujeros negros.
A partir de las señales de ondas gravitatorias, el equipo de LIGO pudo determinar diversas características de los agujeros negros antes de que se fusionaran, incluida su dirección de rotación y la orientación de sus ejes de rotación. A partir de esa información, Cadonati sugiere que la colisión se produjo dentro del cúmulo globular.
Una teoría sobre el origen de los agujeros negros binarios implica a un par de estrellas hermanas masivas que orbitan entre sí. Cuando estas estrellas mueren, sus ‘cadáveres’ continuarán haciendo una danza giratoria, a menudo resultando en un par de agujeros negros con rotaciones y orientaciones similares .
Pero los datos recientes de LIGO sugieren que los agujeros negros antiguos pueden no estar perfectamente alineados. Es posible que estos agujeros negros se formen por separado en un cúmulo globular . Se habrían desplazado entonces hacia el centro del cúmulo, donde finalmente se habrían encontrado en una espiral giratoria.
Más información sobre el espacio: Parker Solar Probe, la nueva misión de la NASA que intentará acercarse al Sol
Susan McDonald se especializó hace años en el avistamiento y el estudio de estrellas. Nos ha demostrado la importancia del cálculo algorítmico y la precisión para analizar los astros, y ha redactado los mejores artículos de la web para estudiarlas. Practica meditación y trabaja en un centro de astrología cerca de su ciudad.