Los astrónomos han descubierto 10 nuevas fusiones de agujeros negros que estaban escondidas en los datos de los detectores de ondas gravitatorias LIGO y Virgo. Son 10 más de las 44 detectadas en 2019: indican escenarios astrofísicos exóticos.
En los últimos siete años, los científicos de la colaboración LIGO-Virgo han detectado al menos 90 señales de ondas gravitacionales.
Los detectores LIGO y Virgo son gigantes interferómetros láser de tipo Michelson con brazos de 4 y 3 kilómetros respectivamente. Los detectores LIGO se encuentran en Estados Unidos (en Hanford, Washington y Livingston, Louisiana), mientras que Virgo se encuentra en Cascina, Italia, cerca de Pisa.
Las ondas gravitacionales son perturbaciones en el tejido del espacio-tiempo que corren hacia el exterior a partir de eventos cataclísmicos como la fusión de agujeros negros binarios.
En las observaciones de la primera mitad de la ejecución experimental más reciente, que continuó durante seis meses en 2019, la colaboración informó haber recibido señales de 44 fusiones binarias de agujeros negros. Pero había más.
Ampliando la búsqueda, un grupo internacional de astrofísicos volvió a examinar los datos y encontró 10 fusiones de agujeros negros adicionales, todas fuera del umbral de detección del análisis original.
Escenarios astrofísicos exóticos
Las nuevas fusiones apuntan a escenarios astrofísicos exóticos que, por ahora, solo son posibles de estudiar utilizando la astronomía de ondas gravitacionales.
“Con las ondas gravitacionales, ahora estamos comenzando a observar la amplia variedad de agujeros negros que se han fusionado en los últimos miles de millones de años”, dijo el físico Seth Olsen, de la Universidad de Princeton, que dirigió el nuevo análisis.
Cada observación contribuye a nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan los agujeros negros, dijo, y la clave para reconocerlos es encontrar formas eficientes de separar las señales del ruido.
En particular, las observaciones incluyeron fenómenos de agujeros negros de alta y baja masa, llenando los vacíos previstos en el espectro de masas de los agujeros negros donde se han detectado pocas fuentes.
Modelos de física nuclear
La mayoría de los modelos de física nuclear sugieren que las estrellas no pueden colapsar en agujeros negros con masas de entre 50 y 150 veces la masa del sol.
"Cuando encontramos un agujero negro en este rango de masas, nos dice que hay más en la historia de cómo se formó el sistema", dijo Olsen, "ya que existe una buena probabilidad de que un agujero negro con brecha de masa superior sea el producto de la fusión de un agujero negro anterior."
Los modelos de física nuclear también sugieren que las estrellas con menos del doble de la masa del sol se convierten en estrellas de neutrones en lugar de agujeros negros, pero casi todos los agujeros negros observados tienen más de cinco veces la masa del Sol. Las observaciones de fusiones de baja masa pueden ayudar a cerrar la brecha entre las estrellas de neutrones y los agujeros negros más ligeros conocidos.
Para las brechas de masa superior e inferior, ya se había detectado una pequeña cantidad de agujeros negros, pero los nuevos hallazgos muestran que este tipo de sistemas son más comunes de lo que pensábamos, dijo Olsen.
Devorado por el grande
Los nuevos hallazgos también incluyen un sistema que los científicos nunca habían visto: un agujero negro pesado que gira en una dirección y engulle a un agujero negro mucho más pequeño que lo había estado orbitando en la dirección opuesta.
"El giro del agujero negro más pesado no está exactamente anti alineado con la órbita", dice Olsen, "sino que está inclinado, lo que nos dice que este sistema puede provenir de una subpoblación interesante de fusiones de agujeros negros binarios, donde los ángulos entre las órbitas de los agujeros negros y sus giros son todos aleatorios”.
La identificación de eventos como fusiones de agujeros negros requiere una estrategia que pueda distinguir señales significativas del ruido de fondo en los datos de observación.
No es diferente a las aplicaciones de teléfonos inteligentes que pueden analizar la música, incluso si se reproduce en un lugar público ruidoso, e identificar la canción que se está reproduciendo.
Así como una aplicación de este tipo compara la música con una base de datos de plantillas, o las señales de frecuencia de canciones conocidas, un programa para encontrar ondas gravitacionales compara los datos de observación con un catálogo de eventos conocidos, como fusiones de agujeros negros.
