Einstein prevalece de nuevo, esta vez ante una extraña pareja de agujeros negros
Por primera vez se ha observado un par de dos de estos objetos con masas muy diferentes, lo que ha permitido realizar análisis no hechos hasta ahora.
Simulación de la fusión de dos agujeros negros / Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes project
Los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y Virgo, en Estados Unidos e Italia, respectivamente, han anunciado la detección de la fusión de una exótica pareja de agujeros negros, cuyo nombre es GW190412. La peculiaridad del hallazgo, que se hizo público 18 de abril en la reunión anual de la American Physical Society, es que, por primera vez, los agujeros negros localizados tienen masas muy diferentes. Esto ha permitido confirmar las deducciones de Albert Einstein en un rango nunca explorado y haber obtenido, por primera vez, una estimación de la rotación de uno de los objetos.
«Es un evento excepcional», ha dicho en « Nature.com» Maya Fishbach, astrofísica en la Universidad de Chicago en Illinois, Estados Unidos, y directora de la investigación, que se ha publicado en el servidor « arXiv».
En septiembre de 2015, el observatorio LIGO (de «Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory») consiguió la primera detección directa de las ondas gravitacionales, unas distorsiones del espacio-tiempo predichas por la Relatividad de Einstein y que se liberan cuando objetos muy masivos colisionan y disipan parte de su energía. Desde entonces, la astronomía obtuvo un nuevo mensajero con el que observar el universo, a parte de la radiación electromagnética (visible, rayos X o infrarrojos), los neutrinos y los rayos cósmicos: en definitiva, una nueva forma de poder estudiar lo «invisible».
Una larga historia de detecciones
Los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y Virgo, en Italia, han completado dos periodos de observación que finalizaron en 2017. En ese tiempo detectaron la fusión de nueve agujeros negros, de masa similar, y una fusión de estrellas de neutrones, que además se pudo observar por medio de la radiación para revelar importantes detalles sobre a síntesis de elementos químicos en el universo.
Representación de la fusión de dos estrellas de neutrones / National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet.
Entrel 1 de abril de 2019 y el 27 de marzo de 2020 los observatorios hicieron su último periodo de observación, ahora con una sensibilidad mejorada, y detectaron 50 candidatos a fusiones de agujeros negros, incluyendo una nueva fusión, confirmada, de estrellas de neutrones.
«Muchas de las detecciones consistieron en la fusión de agujeros negros de casi la misma masa que rondaban las 20 o 40 masas solares», ha explicado Christopher Berry, astrofísico de ondas gravitacionales e investigador en la Universidad del Noroeste (Estados Unidos), en su blog. «Llamamos a éstos binarios de agujeros negros de vainilla. Son amigables y fáciles de analizar, sabemos qué hacer y no resulta demasiado difícil».
De la vainilla a la galleta Oreo
Pero la fusión de la extraña pareja ahora anunciada, y de nombre GW190412, es harina de otro costal: «Ésta es nuestra primera observación de un binario de agujeros negros de diferente masa», ha escrito Berry. «Esta observación nos permite poner a prueba nuestras predicciones para las señales de ondas gravitacionales de una nueva forma y obtener una nueva pieza del puzzle para entender cómo se forman los agujeros negros binarios».
De hecho, no es nada obvio saber por qué hay parejas tan cercanas de agujeros negros que llegan a chocar. La idea es que se originan a partir de estrellas masivas muy cercanas, que colapsan y forman agujeros negros al final de su sus vidas. Otra opción es que estos agujeros se formarían en lugares alejados pero que se encontrarían después, en el seno de los llamados cúmulos globulares, en las afueras de las galaxias.
The ratio of the #GW190412 #blackholes masses is “roughly equal to the ratio of filling in a regular Oreo to in a Mega Stuf Oreo,” notes @LIGO & @NorthwesternU‘s @cplberry “Investigations of connections between Oreos and black hole formation are ongoing.” https://t.co/HvSVOUMeLv pic.twitter.com/raRKbpQXP7
— LIGO (@LIGO) April 20, 2020
Según ha escrito Christopher Berry, en la colisión ahora publicada la masa de un agujero negro va de las 24 a las 35 masas solares, mientras que el otro ronda siete o las diez masas solares. Por separado, ninguno de ellos sería excepcional, pero nunca se ha observado una pareja así: la masa de uno es 0,28 veces la masa del otro. «Esto es casi el mismo ratio que hay entre el relleno de una galleta Oreo normal con el de una galleta ” Mega Stuf“».
Una nueva confirmación de la Relatividad
¿Por qué es importante que la pareja de agujeros negros sea como el Gordo y el Flaco? En el mundo de las ondas gravitacionales, estas diferencias permiten ver cosas que no se pueden percibir si los agujeros negros tienen masas similares.
El más masivo deforma el espacio-tiempo de forma que el pequeño no recorre una espiral perfecta, lo que abre una puerta para estudiar con más precisión las predicciones de la Relatividad de Einstein. Y esto siempre es relevante porque sabemos que el marco funciona, pero que quizás en algún punto podría revelarnos un fallo y una vía de entrada a nueva Física.
«Estamos en un nuevo régimen para poner a prueba la Relatividad General», ha dicho en « Nature.com» Maximiliano Isi, otro de los miembros de LIGO implicados en el estudio. Por otra parte, según Christopher Berry, «los resultados están entre los más ajustados que tenemos para un evento individual».
La importancia de conocer el giro
Aparte de confirmar la Relatividad, es importante estudiar más los agujeros negros para saber cuántos hay, qué masas suelen tener, si encajan con lo que sabemos sobre las estrellas o qué papel tendrían a la hora de explicar el movimiento de las galaxias y el misterio de la materia oscura, por ejemplo.
Al tener los dos agujeros negros masas muy diferentes, es más fácil estimar el giro del mayor / Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes project
Sabemos que los agujeros negros tienen dos propiedades fundamentales, la masa y el giro, pero que resulta difícil detectar la segunda. Ahora, gracias a la detección de la extraña pareja, los investigadores pueden garantizar que al menos el agujero negro más grande está girando e incluso pueden llegar a estimar cómo: «¡Esta es la primera vez que hemos podido medir el giro individual!», ha escrito Chirstopher Berry.
Esto es relevante, «porque todavía no comprendemos bien con qué giro nacen los agujeros negros», ha continuado el investigador. «Sabemos que el giro puede aumentar si acretan (absorben) material, pero que hace falta mucha materia para que cambie de forma significativa». Por tanto, si se pudieran hacer más de estas medidas, el giro podría ayudar a reconstuir una parte de la historia de los agujeros negros y las galaxias.
Los científicos de LIGO y Virgo están convencidos de que las decenas de colisiones detectadas en la última tanda de observaciones son muy interesantes, pero la pandemia del coronavirus ha retrasado los análisis de los resultados, tal como ha explicado Patrick Brady, portavoz de LIGO, en « Sciencemagazine.org».
