LIGO captó y captará más ondas
gravitacionales procedentes del choque de agujeros negros de las esperadas
En el tiempo ha
terminado en tomarse su almuerzo, varios pares de agujeros negros se han
fusionado en algún lugar del universo. Esa es la increíble imagen que emerge de
los primeros puntos de vista obtenidos por el Observatorio de ondas
gravitacionales por Interferometria Láser (LIGO).
En febrero de este
año, LIGO anunció la primera detección de ondas gravitacionales, lo que
confirma una predicción clave para la teoría de la relatividad general de
Albert Einstein. Esa onda histórica llegó a la Tierra a la velocidad de la luz
el pasado 14 de septiembre de 2015, a consecuencia de que un par de agujeros
negros chocaran a una distancia de 1,3 mil millones de años luz. Pero LIGO
escuchó otra señal de onda gravitatoria sospechosa que hasta ahora ha tenido
menos atención. A pesar de que no era tan fuerte, parece ser prometedora.
Un análisis de este
evento, etiquetado como LVT151012, ha mostrado con 90 por ciento de certeza de
que también vino de un par de agujeros negros en colisión. Eso no es suficiente
para que los científicos lo consideren como una “detección”, pero el equipo de
LIGO está lo suficientemente seguro y es por ello que lo están usando para
empezar a reconstruir una imagen de los agujeros negros en el universo.
“La mejor estimación
que tenemos es que los agujeros negros binarios se fusionan en nuestro
universo, a razón de unos pocos por hora”, dice un científico de LIGO Jolien
Creighton, de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee.
Suponiendo que los
primeros datos de LIGO no han sido excepcionales, los científicos pronto unirán
las piezas para obtener el primer censo de agujeros negros. La extrapolación de
estas dos fusiones en 16 días a un universo más amplio más allá de lo que LIGO
puede ver, el equipo calcula que unos pocos agujeros negros binarios deben
fusionarse cada hora en el cosmos.
Esto implica que
debemos tener decenas de detecciones en los próximos años, y cientos hasta
finales de la década. Eso es suficiente como para hacer un poco de astronomía
bastante significativa ya que se trataría de una gran población.
Sobre la base de las
señales vistas hasta ahora y la sensibilidad de los detectores de LIGO, los
científicos estiman que van a detectar entre 10 y 100 fusiones de agujeros
negros durante la próxima ejecución de la observación del instrumento, que
comienza a finales de verano.
El nombre de agujero
negro es muy adecuado. No emiten luz. Por lo tanto, antes de LIGO, los
astrónomos sólo podían inferir la existencia de un agujero negro al ver que
interactuaba con los objetos capturados en su agarre gravitacional. Los
astrónomos detectaron la mayor parte de los agujeros negros de masa estelar
conocidos de forma indirecta: se observaban los rayos X que se emitía, ya que
era alimentado de una compañera estelar.
“En cierto modo, LIGO
proporciona la primera forma real y directa de sondear los agujeros negros”,
dice el científico LIGO Chad Hanna, de la Universidad Estatal de Pensilvania.
Los físicos sabían que existían, pero el instrumento les permitió medir en
realidad el espacio-tiempo de un agujero negro y mostrar que es consistente con
las teorías.
LIGO logra esto porque
no está vinculado a la vista. Sus detectores individuales pueden ver pequeñas
extensiones donde se contrae el espacio-tiempo a partir de objetos de gran
tamaño que se fusionan. Estas ondas gravitacionales transportan información
acerca de la masa de un agujero negro, giro y ubicación.
Hasta la fecha, sólo
unos 19 agujeros negros de masa estelar han sido descubiertos en la Vía Láctea.
Y teniendo en cuenta que nuestra galaxia tiene cientos de miles de millones de
estrellas, ese número es ciertamente incorrecto. Sin embargo, el verdadero
tamaño de la población de agujeros negros sigue siendo desconocido.
De hecho, antes de
LIGO, los astrónomos no fueron positivos que la naturaleza pudiera crear
agujeros negros binarios en absoluto.
“Nunca habíamos visto
un agujero negro binario, así que no sabíamos con certeza que existían”, dice
Creighton. “Y, si existieran, no sabíamos si se podrían fusionar”.
En cambio, la mayoría
de los expertos creen que las primeras observaciones de ondas gravitacionales
de LIGO vendrían de la fusión de estrellas de neutrones binarias. Los
astrónomos ya habían visto estos núcleos de supernovas colapsadas en orbitas
entre sí. Estimaciones teóricas predijeron que LIGO alcanzaría alrededor de 40
de estas fusiones de estrella de neutrones, y entre 10 y 20 fusiones de
agujeros negros, cada año.
Una de las primeras
cosas que este censo de agujeros negros podrá hacer, es volver a escribir la
versión de libros de textos donde hablan sobre la evolución estelar.
Los científicos tienen
una idea bastante clara de cómo las estrellas individuales van a vivir y morir.
Las estrellas como el sol se convertirán en gigantes llamadas gigantes rojas
antes de que se despojen de sus capas externas y se conviertan en una nebulosa
planetaria. Estrellas más grandes, las que tienen más de aproximadamente ocho
masas solares, explotarán como supernovas. Y, en teoría, cualquier estrella de
por lo menos 25 veces más grande que el sol se pondrá fin a su vida como un
agujero negro.
Pero la mayoría de las
estrellas en la Vía Láctea son en realidad binarias. Por lo tanto, la
comprensión de dichos pares estelares es fundamental para entender la evolución
estelar en su conjunto.
“La evolución binaria
es más complicada que la evolución de una sola estrella,” dice Creighton. “Hay
muchos más procesos que pueden suceder, desde el intercambio de masa entre los
compañeros binarios, los vientos estelares, las patadas durante supernovas, y
una gran cantidad de todo tipo de cosas.”
Curiosamente, muchos modelos
de evolución de binarias no predijeron a los agujeros negros binarios tan
grandes como los que LIGO anunció en febrero. Esa primera señal de onda
gravitatoria procedía de la fusión de agujeros negros de entre 36 veces y 29
veces más masivas que el Sol.
Estas estrellas
probablemente se formaron en ambientes de baja cantidad de metal. Pero también
es posible que estos agujeros negros binarios nacieran en racimos densos donde
las estrellas interactuaban con más frecuencia.
A medida que se
consigan más detecciones desde LIGO, los astrónomos podrán comenzar a tener una
idea del tamaño de la mayoría de los agujeros negros de masa estelar. La
segunda detección captada, LVT151012, tenía agujeros negros de 23 y 13 masas
solares.
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