Nuevas poblaciones de agujeros negros reveladas por las ondas gravitacionales

Los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo acaban de conseguir su mayor descubrimiento hasta ahora, un agujero negro con una masa 142 veces mayor que la del Sol, resultado de la fusión de dos agujeros negros de 85 y 65 masas solares.

El agujero negro remanente es el más masivo jamás observado mediante ondas gravitacionales, y podría darnos algunas pistas sobre la formación de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de algunas galaxias. La masa de uno de los agujeros negros en fusión, 85 masas solares, proporciona información que podría mejorar nuestra comprensión de las etapas finales de la evolución de las estrellas masivas. El descubrimiento, al que contribuyeron varios equipos del CNRS en el marco de la colaboración Virgo, se publicó en las revistas Physical Review Letters y Astrophysical Journal Letters.

A primera vista, no hay nada particularmente nuevo en la detección del nacimiento de un agujero negro causado por la fusión de otros dos, acompañada de la emisión de una enorme cantidad de energía: después de todo, se ha observado una sucesión de eventos similares desde 2015, cuando se observaron por primera vez las ondas gravitatorias producidas por tales fenómenos. Sin embargo, GW190521, la señal registrada el 21 de mayo de 2019 por los instrumentos LIGO y Virgo, destaca entre el resto, ya que la señal no solo es la más distante, y por lo tanto la más antigua, jamás detectada a través de estos medios (la onda gravitatoria tardó siete mil millones de años en llegar a nosotros), sino que además el agujero negro resultante de la fusión es también el más masivo observado hasta ahora de esta forma. Sobre todo, la observación es la primera evidencia directa de la existencia de agujeros negros de "masa intermedia", que pesan entre 100 y 100.000 masas solares. Estos agujeros negros de masa intermedia son más pesados que los que resultan del colapso de estrellas de gran masa, pero mucho más ligeros que los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de algunas galaxias. Hasta ahora, solo las pruebas indirectas obtenidas de observaciones electromagnéticas insinuaban su existencia.

Estos agujeros negros tienen grandes masas casi iguales, con uno solo un 3% más masivo que el otro. La señal de onda gravitacional simulada es consistente con la observación hecha por los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo el 21 de mayo de 2019 (GW190521). (Foto: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration)

Los agujeros negros de masa intermedia son interesantes ya que pueden contener la clave de uno de los grandes rompecabezas de la astrofísica y la cosmología: el origen de los agujeros negros supermasivos. Aunque la pregunta sigue abierta, uno de los escenarios propuestos para explicar la formación de estos monstruos cósmicos es precisamente el de las repetidas fusiones de agujeros negros de masa intermedia.

Con masas alrededor de 65 y 85 veces la del Sol, los dos agujeros negros que se observó fusionándose también intrigaron a los astrofísicos. Esto se debe a que, según nuestros conocimientos actuales, el colapso gravitatorio de una estrella no puede formar agujeros negros en el rango aproximado de 60 a 120 masas solares, ya que las estrellas más masivas son completamente destrozadas por la explosión supernova que acompaña al colapso, dejando solo gas y polvo detrás de ellas. Así que, sentado justo en medio de este rango prohibido, ¿cómo se formó el agujero negro de 85 masas solares? ¿Hay algo que no hemos entendido sobre la forma en que las estrellas masivas terminan su vida? Si no es de origen estelar, ¿podría también haber sido el resultado de una fusión anterior de agujeros negros menos masivos? O alternativamente, ¿podría ser un hipotético agujero negro primordial, formado durante el Big Bang? La observación de GW190521 plantea claramente nuevas preguntas sobre la formación de los enigmáticos objetos que llamamos agujeros negros.

En comparación con observaciones anteriores, la señal GW190521 detectada por LIGO y Virgo es muy corta y más difícil de analizar. Debido a su naturaleza más compleja, también se exploraron otras hipótesis que implicaban fuentes más exóticas para explicarla, y tales posibilidades se describen en el artículo de la revista Astrophysical Journal Letters. Sin embargo, la fuente más plausible de esta onda gravitatoria sigue siendo la fusión de dos agujeros negros. (Fuente: NCYT Amazings)