Detectado el mayor choque de agujeros negros hasta la fecha

Es la mayor fusión jamás detectada, estos agujeros negros chocaron con tanta fuerza que hicieron tambalearse el espacio-tiempo

A unos 7.000 millones de años luz de distancia, dos agujeros negros se acercaron cada vez más durante eones hasta que chocaron entre sí con un furioso estallido, creando un nuevo agujero negro en el proceso. Esta perturbación en el cosmos hizo que el espacio-tiempo se estirara, colapsara e incluso se sacudiera, produciendo ondulaciones conocidas como ondas gravitacionales que llegaron a nuestra morada terrestre el 21 de mayo de 2019.

Utilizando LIGO (Laser Interferometry Gravitational-wave Observatory), un par de interferómetros idénticos de dos millas y media de largo en Estados Unidos, y Virgo, un detector de aproximadamente dos millas de largo en Italia, un equipo internacional de científicos anunció el miércoles que habían detectado esta colisión cósmica, y está acumulando superlativos: es la fusión de agujeros negros más grande, más lejana y más energética observada hasta la fecha. También es la primera vez que se observa un agujero negro de tamaño intermedio, unas 142 veces más masivo que el Sol, forjado a partir de una fusión de agujeros negros. Los hallazgos se publicaron el miércoles en un artículo sobre el descubrimiento en Physical Review Journals y en otro sobre las implicaciones del suceso en Astrophysical Journal Letters.

La señal de la fusión, llamada GW190521, duró solo una décima de segundo, pero los científicos se dieron cuenta inmediatamente de que era extraordinaria en comparación con el bajo chirrido de dos agujeros negros en colisión que LIGO detectó en 2015, que confirmó las inefables nociones de Einstein sobre el espacio-tiempo. «Es la mayor explosión desde el Big Bang que ha observado la humanidad», afirma Alan Weinstein, astrónomo del Instituto de Tecnología de California que participó en el estudio. Podría ofrecer pistas sobre el aspecto del Universo».

Algoritmos informáticos analizaron la señal y permitieron a los científicos determinar la masa de la fusión y la cantidad de energía liberada. Los dos agujeros negros progenitores, de 66 y 85 masas solares, se fusionaron en un agujero negro de 142 soles. Las ocho masas solares restantes se habrían convertido en energía de ondas gravitacionales.

Hasta ahora, los científicos habían podido detectar y observar indirectamente agujeros negros de dos tamaños distintos: los agujeros negros de masa estelar, que miden desde unas pocas masas solares hasta decenas de masas solares, y los agujeros negros supermasivos, que oscilan entre cientos de miles y varios miles de millones de veces la masa de nuestro Sol. Sin embargo, los astrónomos que detectaron GW190521 fueron testigos del nacimiento de una raza especial de agujeros negros: los agujeros negros de masa intermedia. Se han detectado algunos posibles agujeros negros intermedios, pero ésta es la primera prueba directa de su existencia.

Esta extraña señal se produjo por la fusión de dos agujeros negros igualmente extraños: El más pesado de los dos agujeros negros fusionados, con 85 masas solares, es el primer agujero negro detectado hasta ahora justo en lo que se conoce como «brecha de masa de inestabilidad de pares». Una estrella que colapsa no debería ser capaz de producir un agujero negro entre 65 y 120 masas solares, ya que las estrellas más masivas son destruidas por la supernova que acompaña a su colapso. Según Weinstein, una posible explicación podría ser lo que los astrónomos denominan fusiones jerárquicas, en las que agujeros negros de masa estelar más ligera se fusionan con otros más pesados, que a su vez se fusionan con otros aún más pesados», consolidándose hasta convertirse en gigantescos agujeros negros.

El astrofísico K.E. Saavik Ford, del Graduate Center de la City University de Nueva York, que no participó en el estudio, afirma que este hallazgo es especialmente emocionante: «Es un puente entre los agujeros negros que se forman directamente cuando las estrellas colapsan y los agujeros negros supermasivos que encontramos en los centros de las galaxias». Como señala Saavik Ford, en realidad es muy difícil que se produzcan fusiones jerárquicas, ya que los restos de agujeros negros tienen que encontrarse entre sí y luego fusionarse. «Eso lleva muchas, muchas, muchas vidas del universo en circunstancias normales», dice Saavik Ford, «así que tuvo que ocurrir en un entorno estelar muy denso», como un núcleo galáctico activo o AGN.

A principios de este verano, Saavik Ford y su equipo publicaron un artículo sobre la explosión de una fusión de agujeros negros con luz procedente de la misma zona del cielo que la detallada esta semana. Aunque podría haber una conexión entre la llamarada y la fusión de agujeros negros descrita en los artículos recientes, Ford está esperando a que se comparta el conjunto completo de datos de los nuevos hallazgos para obtener algunas respuestas.

En estos momentos, LIGO y Virgo no están realizando observaciones, pero las dos instalaciones volverán a funcionar a finales del año que viene con algunas mejoras. Los astrónomos especializados en ondas gravitacionales como Weinstein esperan que estos detectores de ondas gravitacionales situados en la Tierra sean cada vez más sensibles para sondear fuentes más lejanas y retroceder en el tiempo en la evolución del universo. «Tenemos que buscar sucesos más exóticos como éste, y sucesos más exóticos que nunca hayamos visto antes», afirma Weinstein. «¿No sería fantástico?».

REFERENCIA

GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150  𝑀