agujeros negros

Los astrofísicos has detectado una enorme onda gravitacional, la más grande observada hasta la fecha

Dos detectores en Europa y EE UU han descubierto la colisión de dos agujeros negros más potente jamás observada, creando una onda gravitacional que está siendo estudiada por la peculariedad de los objetos que la han producido.

 Interpretación artística de la fusión del sistema binario de dos agujeros negros responsable de la señal de ondas gravitacionales GW190521. El espacio-tiempo, representado por un tejido en el que una imagen del cosmos está impresa, es distorsionado por la señal GW190521. Los mini-grids turquesa y naranja representan los efectos de arrastre producidos por cada uno de los agujeros negros en la rotación. Las flechas coloreadas indican los ejes de rotación (o “espines”) estimados de los agujeros negros correspondientes. El fondo sugiere un cúmulo estelar, uno de los posibles entornos en donde GW190521 podría haber tenido lugar.
Créditos de la imagen / animación: Raúl Rubio / Virgo Valencia Group / The Virgo Collaboration.

Hace 7.000 millones de años, mucho antes de la formación del sistema solar y a una distancia de 17 mil millones de años luz, dos impresionantes agujeros negros, de 66 y 85 masas solares, se fusionaron en un nuevo agujero negro masivo, de alrededor de 142 masas solares. Tanto los componentes primarios como el remanente están en un rango de masa más alto de lo que se ha observado hasta la fecha, y el agujero negro resultante es el agujero negro más masivo jamás detectado con ondas gravitacionales. El sistema binario masivo ha sido bautizado como GW190521, desde que se percibió el evento de ondas gravitacionales el 21 de mayo de 2019. La señal, que se asemeja a unos cuatro movimientos cortos, es de duración extremadamente breve, menos de una décima de segundo. Por lo que los investigadores pueden decir, GW190521 fue generado por una fuente que se encuentra aproximadamente a 5 gigaparsecs de distancia, cuando el universo tenía aproximadamente la mitad de su edad, lo que lo convierte en una de las fuentes de ondas gravitacionales más distantes detectadas hasta ahora.

Fundamentalmente, el agujero negro restante es de masa intermedia, y esto está relacionado con uno de los acertijos 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.

Hasta la fecha, se han identificado muy pocos de estos candidatos únicamente a través de observaciones electromagnéticas y esta es la primera observación a través de ondas gravitacionales. Además, el rango de 100 a 1000 masas solares ha representado durante muchos años un desierto de agujeros negros.

Uno de los misterios del nuevo hallazgo es el origen de los dos agujeros negros principales ya que si surgieron del colapso de estrellas, están en un rango de masa en el que su presencia se considera, en teoría, imposible. Si pueden conocerlo y comprenderlo, podrían descubrir cuál es el origen de los agujeros negros supermasivos, uno de los misterios más complejos de la astrofísica y la cosmología.

Sin embargo, el último agujero negro de 142 masas solares producido por la fusión GW190521 se encuentra dentro de un rango de masa intermedio entre los agujeros negros de masa estelar y supermasivos, el primero de su tipo jamás detectado.

Los dos agujeros negros progenitores que produjeron el agujero negro final también parecen ser únicos en su tamaño. Son tan masivos que los científicos sospechan que uno o ambos pueden no haberse formado a partir de una estrella que colapsa, como ocurre con la mayoría de los agujeros negros de masa estelar.

Se sabe que los agujeros negros con masas entre 65 y 120 veces la masa del Sol no pueden haberse formado después del colapso de una estrella. A través de un fenómeno conocido como “inestabilidad de pares”, cuando las estrellas explotan con estas masas, solo dejan 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 aproximadamente 60 y 120. Ese es exactamente el rango de masas en el que se encuentra el componente más masivo de GW190521 (66 y 85 masas solares).

¿Qué son las ondas gravitacionales?

Las Ondas gravitacionales fueron predichas por el físico Albert Einstein en 1916, como consecuencia de su teoría de la relatividad general. Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio – tiempo producidas por un cuerpo masivo acelerado, son acontecimientos muy violentos en el universo distante, por ejemplo, por la colisión de dos agujeros negros o por explosiones de supernovas .

ondulaciones espacio tiempo

Ondulaciones en el espacio-tiempo generadas por las estrellas de órbitas muy rápidas (estrellas de neutrones, enanas blancas o agujeros negros). ver animación

En la teoría de Einstein de la relatividad general,la gravedad es tratada como un fenómeno resultante de la curvatura del espacio-tiempo. Esta curvatura es causada por la presencia de masa. Generalmente, cuanto más masa esté contenida dentro de un volumen determinado del espacio, mayor es la curvatura del espacio-tiempo en el límite de este volumen.  Como objetos con masa se mueven en el espacio-tiempo, la curvatura cambia para reflejar las distintas ubicaciones de esos objetos. En ciertas ocasiones, los objetos muy acelerados generan cambios en esta curvatura, que se propagan hacia el exterior a la velocidad de la luz en una forma de onda. Estos fenómenos de propagación son conocidos como ondas gravitacionales.

Estas ondulaciones en el tejido espacio-temporal puede  llevar información acerca de sus violentos orígenes y sobre la naturaleza de la gravedad que no puede ser obtenida por otras herramientas astronómicas. La influencia de las emisiones de ondas gravitacionales en los sistemas de púlsar binario (dos estrellas de neutrones orbitando entre sí) se han medido con precisión y está en excelente acuerdo con las predicciones:

ondasgravitacionles

En 1993, los científicos Russell Hulse y Joseph Taylor recibieron el Premio Nobel por este trabajo (realizado en los años 70 y 80).
Por fin un proyecto científico las ha detectado, el proyecto LIGO (Estados Unidos), que han sido premio novel.

Fue el Premio Nobel de Física 2017 que fue otorgado para los físicos: Raider Weiss, Barry C. Barish y Kip S. Thorne, por la primera observación experimental directa de las ondas gravitacionales. Fue el 14 de septiembre de 2015 cuando se observaron estas ondas tan especiales, de las cuales Albert Einstein ya había predicho su existencia 100 años antes. Los tres investigadores fueron los artífices de la cooperación internacional que permitió la implementación de los instrumentos Ligo y Virgo.

Las ondas gravitatorias tienen propiedades muy importantes y únicas. Una de las más importantes es que las ondas gravitatorias pueden pasar a través de cualquier medio sin ser dispersada de manera significativa. Mientras que, por ejemplo, la luz de las estrellas distantes pueden ser bloqueados por el polvo interestelar las ondas gravitacionales pasarán sin impedimentos.Estas características permiten a las ondas gravitacionales llevar información sobre fenómenos astronómicos nunca antes observadas por los seres humanos. Por lo tanto se nos abre un camino increíble en el estudio del Cosmos.

Las ondas gravitacionales están acaparando con fervor y entusiasmo a la comunidad científica, después del premio nobel a la detección de estas ondas se produjo en 2017 otra observación, está aún más espectacular pues se han detectado las ondas gravitacionales y la luz en forma de estallido de rayos gamma del evento que las provocó, nada más y nada menos que la fusión de dos estrellas de neutrones, abriendo un nuevo camino en la astrofísica.

Para saber más:

Nota de prensa del descubrimiento. VIRGO

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