Agujero negro engulle ‘objeto prohibido’

Dos objetos pesados, como los agujeros negros, que giran rápidamente uno alrededor del otro pueden hacer que el espacio-tiempo vibre como una especie de budín de perforación. Estas llamadas ondas gravitacionales fueron predichas por Albert Einstein en 1915 y medidas por primera vez en 2015.

El espacio-tiempo se estremeció el verano pasado. Eso solo lleva unos segundos y era completamente imperceptible para las personas en la Tierra, pero los detectores de ondas de gravedad ultrasensibles de LIGO y Virgo pudieron medir esto el 14 de agosto de 2019. Los investigadores supieron casi de inmediato que se había producido una colisión entre dos extremadamente objetos pesados ​​a unos 800 millones de años luz de distancia.

Después de docenas de tales mediciones desde la primera en 2015, los astrónomos ya no se sorprenden. Pero lo que sí conduce a la emoción es la naturaleza de uno de estos dos objetos. Los investigadores deducen de la señal que, por un lado, se trata de un agujero negro probablemente no muy excepcional de entre 22 y 24 veces la masa de nuestro propio sol. El otro objeto es más interesante: parece consistir en 2.6 masas solares. Por lo tanto, en el papel es demasiado pesado para una estrella de neutrones (un núcleo quemado de una estrella que simplemente no colapsó en un agujero negro) y demasiado ligero para un agujero negro.

Los científicos involucrados escriben que no está claro lo que vieron. Era la estrella de neutrones más pesada conocida o el agujero negro más ligero conocido. Otros especulan sobre objetos que van más allá de muchos folletos, como uno hecho de partículas exóticas de materia oscura. El estudio fue publicado en la revista científica la semana pasada. Las cartas del diario astrofísico publicado.

Este diagrama muestra las estrellas de neutrones (amarillas) y los agujeros negros (morados y azules) encontrados hasta ahora en su masa. Parece haber una brecha entre el peso de las estrellas de neutrones y los agujeros negros. El último descubrimiento es la amalgamación que se muestra en el centro (rosa).

Massakloof

Chris Van Den Broeck llama el resultado “muy sorprendente”. Es profesor en la Universidad de Utrecht y líder de investigación en el departamento de física gravitacional del instituto de investigación Nikhef. Como investigador, también está en la larga lista de autores del artículo. “Nunca se ha visto una estrella de neutrones de más de dos masas solares, ni se ha visto un agujero negro más ligero que cinco veces la masa del sol”, dice. “La razón de esto no está del todo clara. Los modelos de computadora no son concluyentes, pero las observaciones muestran que la formación de objetos con esta masa es difícil. “

Tanto las estrellas de neutrones más ligeras como los agujeros negros más pesados ​​surgen cuando las estrellas pesadas no tienen combustible y su núcleo colapsa. La teoría dice que una estrella de neutrones más pesada que dos masas solares se derrumba en un agujero negro bajo su propia gravedad. Sin embargo, los agujeros negros solo parecen originarse ‘a partir de’ unas cinco masas solares. Van Den Broeck dice que los astrónomos especulan que la formación de estos dos objetos es muy diferente.

Por cierto, no es imposible tener un objeto (compacto) de entre dos y cinco masas solares. Tome dos estrellas de neutrones de una masa y media solar, fusione y tendrá un objeto de tres masas solares. Lo que es difícil de explicar, según Van Den Broeck, es cómo este objeto posteriormente terminó en una pequeña órbita alrededor de un agujero negro mucho más pesado. “Los modelos muestran que esto es bastante raro. En promedio, tal escenario requiere mucho tiempo ”, dice.

El cúmulo estelar Terzan 5 contiene cientos de miles de estrellas y se encuentra a unos 20 mil años luz de la Tierra en nuestra propia Vía Láctea. Estos entornos ‘ocupados’ pueden ofrecer oportunidades para crear dúos de objetos compactos pesados.

“Este objeto está en el medio de la brecha de masa observada anteriormente”, dice Van Den Broeck. “En los modelos puedes jugar con botones que amplían las posibilidades de crear combinaciones especiales. ¿Pero un objeto en la brecha de masa y las otras 23 masas solares? Los botones no giran tan lejos. Creo que los teóricos deberían volver a la mesa de dibujo para esto. “

Declaraciones exóticas

Algunos científicos insinúan explicaciones más exóticas. Van Den Broeck dice que hay posibles alternativas a las estrellas de neutrones o los agujeros negros de la teoría de cuerdas, por ejemplo. Pelotas de fuzz por ejemplo, que consisten en una gran cantidad de pequeñas cuerdas vibratorias o estrellas de bosque en gran parte transparentes. También puede pensar en agregaciones de misteriosa materia oscura que no forman un agujero negro. Sin embargo, todas estas declaraciones son especulativas. En cualquier caso, no hay evidencia concluyente de la existencia de tales objetos.

Es por eso que Van Den Broeck pone su dinero en una estrella de neutrones o un agujero negro. “Al menos sabemos que existen. Por otro lado, si demostramos la existencia de un objeto más exótico, tiene consecuencias de gran alcance para la física. “

Población más grande

La oportunidad se ha ido para descubrir cuál era el objeto. No solo se ha destruido, sino que el objeto resultante (un agujero negro nuevo y ligeramente más pesado) ya no emite ondas gravitacionales o radiación medibles. Varios telescopios en la Tierra han buscado una contraparte en el espectro electromagnético, pero no se ha encontrado (como se esperaba). Según la teoría, el agujero negro absorbe cada radiación medible de la colisión. En 2017, los científicos lograron capturar la radiación de la colisión de dos estrellas de neutrones con una gran cantidad de telescopios.

Tenemos que esperar una nueva medición de una colisión comparable. Van Den Broeck tiene esperanzas. “El hecho de que ya hayamos medido tal colisión en unos pocos años probablemente significa que es más común. Creo que esto anuncia una población completa de estos objetos ”, dice. “Una nueva medición es absolutamente necesaria para aprender más sobre esto”.

Tal nueva detección aún puede tener que esperar por más causas terrenales. Actualmente, los detectores LIGO y Virgo están en espera de actualizaciones para hacerlos aún más sensibles. Es probable que luego puedan mirar aún más profundamente en el universo, junto con el nuevo detector de ondas de gravedad japonés KAGRA. El plan es tomar nuevas medidas conjuntas a partir de 2022 como muy pronto.

Impresión de dos agujeros negros en un anillo de materia alrededor de un agujero negro aún más grande (arriba).

Agujeros negros llameantes

Hubo más noticias del mundo de los agujeros negros la semana pasada. Astrónomos escribir en la revista científica Cartas de revisión física que pueden haber detectado luz de dos agujeros negros colisionando en órbita alrededor de un agujero negro aún más pesado. El 21 de mayo de 2019, observaron una señal de onda gravitacional que coincidía exactamente con una señal de luz de un núcleo brillante de una galaxia, el llamado cuásar J1249 + 3449.

Los investigadores sospechan que estos son dos agujeros negros fusionados en un anillo caliente de materia alrededor de un gran agujero negro central de la galaxia. La colisión supuestamente creó un nuevo agujero negro que se lanzó en una dirección aleatoria después de la fusión. Dibuja un rastro a través del anillo material, por así decirlo. Precisamente esta absorción de materia del anillo puede conducir a la emisión de radiación.

Fuente

  • Abbott R. y col. GW190814: Ondas gravitacionales de la fusión de un agujero negro de 23 masas solares con un objeto compacto de masa solar 2.6, The Astrophysical Journal Letters (23 de junio de 2020), DOI:10.3847 / 2041-8213 / ab960f