LIGO capta, por tercera vez, ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros

LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (A. Simonnet)

Las ondas gravitacionales son un fenómeno físico que Albert Einsten predijo en 1916, en uno de los trabajos cumbres de su vida, la Teoría General de la Relatividad. Según el célebre austriaco, los cuerpos más violentos del universo, o las catástrofes en las que se pueden ver envueltos  (supernovas, parejas de estrellas de neutrones, la colisión de agujeros negros), liberan masa en forma de estas ondas a la velocidad de la luz. El entendimiento de las ondas gravitacionales es un paso esencial hacia la comprensión del universo, del que sabemos aún poco.

Las ondas de las que hablamos eran, en tiempos del genio, muy difíciles de observar al estar extremadamente lejos de la Tierra.

Pero actualmente contamos con LIGO (Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales), un mega observatorio dedicado exclusivamente a estas ondas que busca confirmar su presencia y medir sus propiedades. Ubicado al noroeste de EEUU, en el estado de Washington y otro idéntico en Louisiana, LIGO tiene a 1.000 científicos de 15 países, y cuenta con el soporte de institutos de prestigio como Caltech y MIT y dos potentes brazos de detectores láser de 4 km cada uno.

Resulta que hoy este impresionante detector anunció que pudo observar por tercera vez (es decir re-reconfirmó) a ondas gravitacionales emanando de un par de agujeros negros dando giros y devorándose el uno al otro y arrojando al tiempo más luces de cómo este par se formó para hacer ya una lista de eventos similares. Estas conclusiones fueron detalladas hoy en la revista Physical Review Letters.

Observar eventos de hace miles de millones de años

Imagen muestra una simulación numérica de la fusión de dos agujeros negros y sus respectivos giros, de acuerdo a la más reciente observación de LIGO llamada GW170104.

Al cumplirse 100 años de esa teoría, en febrero del año pasado, los científicos del proyecto LIGO anunciaron la primera observación de ondas gravitacionales, un fenómeno que resultó de la fusión de dos agujeros negros, de 39 y 29 veces la masa del Sol. Cuatro meses después (junio), los investigadores confirmaron la observación de un fenómeno más débil.

La nueva detección, llamada GW170104, fue hecha en el 4 de enero en el 2017.

Al igual que en los primeros eventos, las ondas se generaron cuando dos agujeros negros chocaron para formar un agujero mayor. El nuevo agujero tiene 49 veces el tamaño del sol. Los anteriores agujeros resultantes tenían 62 y 21 veces dicho tamaño.

Para el equipo de LIGO, es “de resaltar cómo los humanos pueden reconstruir esta historia y probarla, especialmente si hablamos de eventos extremos ocurridos hace miles de millones de años a miles de millones de años luz de nosotros.

En los tres casos, ambos detectores gemelos LIGO detectaron las ondas desde las colosalmente energéticas fusiones de los pares de agujeros negros. Estas son colisiones que producen más energía de todo lo que es irradiado como luz por todas las estrellas y galaxias en el universo en cualquier era. La tercera detección, a su vez, sería la más lejana del momento, con agujeros ubicados a 3 mil millones de años luz de donde nos encontramos (las anteriores tenían 1.3 mil y 1.4 mil millones respectivamente).

Las nuevas observaciones proveen pistas sobre la dirección del giro de estos agujeros negros. Un par de ellos giran alrededor de su contraparte mutuamente, pero también giran sobre sus ejes. Algunas veces pueden girar en la misma dirección orbital en la que se mueve el par, lo que los astrónomos refieren como “giros alineados” y otras lo hacen en la dirección opuesta. Incluso pueden salirse ‘verticalmente’ del plano orbital. Es decir, pueden girar en cualquier dirección. El estudio de estas características  podría dar pie a una nueva rama de la astronomía e indicarnos cómo nacieron estos agujeros binarios.

De hecho, el último sistema binario, del que hablamos en esta nota, sugiere la posibilidad de que sus agujeros no estarían alineados en el mismo plano.

¿Cómo se formaron estos sistemas binarios?

Lo anterior, nos daría pistas de su formación. Hay dos modelos principales para explicar la formación de sistemas binarios de agujeros negros. El primero propone que los dos nacen a la vez. Se forman cuando cada una de las estrellas de un sistema binario explota. Debido a que los astros originarios rotaban alineados, los agujeros negros resultantes siguen alineados. En el segundo modelo, los dos agujeros negros se unen después de formados en cúmulos estelares, es decir, no nacen a la vez. El tercer sistema binario sería explicado de manera más precisa con el segundo modelo.

El objetivo de estos estudios es afinar aún más instrumentos como LIGO para mirar más allá, dando pie a una “nueva astronomía”. Mejorar la sensibilidad de los detectores y ver más lejos en el universo permitirá hacer afirmaciones más concretas y tener estadísticas para determinar los modelos de formación de agujeros negros. Se espera también poder ver colisiones de estrellas de neutrones, objetos mucho más pequeños que los agujeros negros (de dos masas solares) o sistemas binarios mixtos (un agujero negro y una estrella de neutrones). Una vez más, cuando no, Einsten tenía razón.

 

Daniel Meza
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