Se cree que la fusión de pares de agujeros negros se origina en estrellas binarias, pero las nuevas observaciones sugieren que este no siempre es el caso.

Han pasado más de siete años desde la primera detección de ondas gravitacionales que emanan de la fusión de dos agujeros negros, y durante ese tiempo los investigadores han registrado varias docenas de eventos de este tipo. El análisis de la radiación permitió a los científicos deducir las masas de los agujeros negros fusionados y las trayectorias de su movimiento antes de estas colisiones.

Hasta hace poco, los físicos creían que en todos estos eventos, los pares de agujeros negros se originaban en estrellas binarias cuyo colapso gravitacional era la etapa final de su evolución. En un estudio publicado recientemente en astronomía naturalInvestigadores de la Universidad Friedrich Schiller de Jena en Alemania y el INFN sezione di Torino, Italia, realizaron un análisis más detallado de la señal de onda gravitacional, denominada GW190521, y encontraron que en este caso particular, el escenario más probable era la colisión de dos agujeros negros que se habían formado de forma independiente y no estaban unidos gravitacionalmente antes de la colisión.

La colisión más ruidosa

La señal de GW190521 es particularmente interesante porque corresponde a la fusión del par de agujeros negros más masivo jamás registrado. El análisis previo de la radiación capturada por los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y Virgo mostró que en este evento, las ondas se emitieron cuando los agujeros negros con masas alrededor de 85 y 66 masas solares se fusionaron, lo que resultó en un agujero negro 142 veces la masa que nuestro sol. . y las nueve masas solares restantes fueron radiadas como energía de ondas gravitacionales.

Otra razón por la que esta señal es interesante es que las masas de los agujeros negros inferidos son inconsistentes con la teoría existente de la evolución estelar, que dice que una estrella lo suficientemente masiva debería terminar su vida en una explosión de supernova, sin un agujero negro que dejar atrás, lo que significa no se espera la existencia de un agujero negro binario con masas superiores a 50 masas solares.

El nuevo análisis de GW190521 ha resultado en estimaciones similares de las masas del agujero negro, aunque con diferentes trayectorias, cercanas al movimiento libre de los dos antes de la colisión, lo que sugiere que es posible que el par no se haya formado a partir de una estrella binaria.

“La gente está especulando que podrían ser agujeros negros de segunda generación, que ya son el resultado de fusiones de agujeros negros formados por colapso gravitacional en binarios”, dijo Alessandro Nagar, investigador del INFN y uno de los autores del Estudio. en un correo electrónico. «Pero eso es incierto en este momento».

Comparar el nuevo análisis con el anterior implica una probabilidad de 24.300 a 1 a favor de su interpretación frente al escenario binario.

Para confirmar sus conclusiones, los físicos dicen que continuarán mejorando el análisis examinando los efectos de la rotación del agujero negro en el espectro de ondas gravitacionales y comparando sistemáticamente los resultados de su análisis con simulaciones numéricas. Y, por supuesto, las futuras observaciones de fusiones de agujeros negros ayudarán a los científicos a comprender mejor todos los posibles mecanismos y escenarios de este increíble proceso físico.

«Si más [similar mergers] se descubren en el futuro, es probable que podamos mejorar nuestro conocimiento actual de los canales de formación de los sistemas binarios de agujeros negros», concluyó Nagar. “Nuestro estudio simplemente sugiere que un escenario de fusión propuesto es compatible con los datos, de hecho, más compatible que las interpretaciones estándar. El futuro mostrará si esto es solo una coincidencia o un indicio de una verdad más profunda que espera ser descubierta por completo”.

Referencia: R. Gamba, M. Breschi, G. Carullo, S. Albanesi, P. Rettegno, S. Bernuzzi y A. Nagar, GW190521 como captura dinámica de dos agujeros negros no giratorios, Nature Astronomy (2022), DOI : 10.1038/ s41550-022-01813-w

Crédito de la imagen principal: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA/Jeremy Schnittman y Brian P. Powell

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