Ondas gravitacionales delatan la colisión entre un agujero negro y un misterioso objeto

Por décadas, la brecha de masa que existe entre una estrella de neutrones y un agujero negro ha representado un verdadero enigma para los astrónomos. Ahora, un nuevo descubrimiento podría contribuir a resolverlo.

Cuando las estrellas más masivas mueren, colapsan bajo su propia gravedad, dando así nacimiento a un agujero negro. Cuando las estrellas son menos masivas y mueren, explotan en una supernova y dejan tras de sí un remanente estelar que llamamos estrella de neutrones.

Las ondas gravitacionales son emitidas cuando un objeto asimétrico acelera, siendo la fuente detectable más común para estas ondas la colisión de estrellas de neutrones y agujeros negros. La estrella de neutrones más pesada conocida tiene una masa no superior a 2.5 veces la del Sol, y el agujero negro más liviano conocido tiene cerca de 5 masas solares.

Ahora, un equipo de científicos que utilizó datos de los observatorios LIGO (EE.UU.) y Virgo (Italia), ha anunciado el descubrimiento de un objeto con 2.6 masas solares.

«La razón por la cual este hallazgo es tan emocionante es porque jamás habíamos detectado un objeto con una masa que se encuentre firmemente dentro de la brecha de masa teórica entre una estrella de neutrones y un agujero negro. ¿Se trata del agujero negro más liviano o de la estrella de neutrones más pesada jamás encontrada?», se pregunta la Dra. Laura Nuttall, experta en ondas gravitacionales del Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth.

El estudiante de doctorado Connor McIsaac corrió uno de los análisis que computaron este evento cósmico significativo. «El análisis de Connor nos brinda la certeza de que se trata de un fenómeno astrofísico y descarta cualquier anomalía en los instrumentos», agrega Nuttall.

El misterioso objeto fue encontrado el 14 de agosto de 2019, a medida que chocaba con un agujero negro de 23 masas solares, generando un impacto que fue detectado en la Tierra por los observatorios de ondas gravitacionales por interferometría láser LIGO y Virgo.

El choque descrito en el estudio, un evento titulado como GW190814, resultó en un agujero negro final con 25 veces la masa del Sol (parte de la masa fusionada fue convertida un estallido de energía en forma de ondas gravitacionales). Este agujero negro yace a unos 800 millones de años luz de nuestro mundo.

Antes de que los dos objetos se fusionaran, sus masas diferían por un factor de 9, haciendo este el radio de masa conocido más extremo para un evento de ondas gravitacionales. Otro evento LIGO-Virgo recientemente reportado, llamado GW190412, ocurrió entre dos agujeros negros con un radio de masa de 3:1.

«Es un desafío para los actuales modelos teóricos el formar pares en fusión de objetos compactos con semejante radio de masa, en donde el compañero menor reside en la brecha de masa. El descubrimiento implica que estos eventos ocurren más frecuentemente de lo que predecíamos, haciendo de este un objeto de baja masa realmente intrigante», señala Vicky Kalogera, profesora de la Universidad Northwestern en Estados Unidos.

«El enigmático objeto tal vez sea una estrella de neutrones fusionándose con un agujero negro, una posibilidad teórica aún no confirmada observacionalmente. No obstante, con 2.6 masas solares, este excede las predicciones modernas para el máximo de masa de las estrellas de neutrones, y puede ser que, en su lugar, se trate del agujero negro más liviano jamás detectado».

Sin luz

Cuando los científicos de LIGO y Virgo detectaron esta fusión, inmediatamente enviaron una alerta a la comunidad astronómica. Docenas de telescopios en tierra y en el espacio se aprestaron a buscar ondas de luz generadas en el evento, pero ninguna fue observada. Hasta ahora, dichas contrapartes luminosas a las señales gravitacionales han sido vistas solo una vez, durante un evento llamado GW170817. Este último fue descubierto por la red LIGO-Virgo en agosto de 2017 e involucró una feroz colisión  entre dos estrellas de neutrones que fue subsecuentemente vista por docenas de telescopios.

Las colisiones de estrellas de neutrones son muy desordenadas, con materia volando en todas las direcciones y, por lo tanto, generando luz. Al contrario, las fusiones entre agujeros negros, en la mayoría de las circunstancias, se piensa que no producen luz.

De acuerdo a los científicos del estudio, la luz del evento de agosto de 2019 no fue visto por los telescopios debido a unas pocas posibles razones. Primero, el evento se ubicó seis veces más lejos que la fusión observada en 2017, haciendo más difícil recoger cualquier señal de luz. En segundo lugar, si la colisión fue de dos agujeros negros, probablemente no generó evento lumínico alguno. Y por último, si el objeto de hecho fue una estrella de neutrones, su diferencia con el agujero negro 9 veces más masivo pudo provocar que sea tragada por completo, sin generar luz.

«Sería lo equivalente a Pac-Man comiéndose un puntito», dijo Kalogera. «Cuando las masas son altamente asimétricas, la estrella de neutrones más pequeña puede ser comida de un solo bocado».

Futuras observaciones con LIGO y Virgo, y posiblemente otros telescopios, podrían captar eventos similares que ayudarán a revelar si el misterioso objeto era una estrella de neutrones o un agujero negro, o si objetos adicionales y desconocidos existen en la llamada brecha de masa.

Un artículo con más detalles de la detección ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal Letters.

Fuente: SciTechDaily. Edición: MP.