Demoró 7.000 millones de años luz en revelarse a la ciencia: un nuevo tipo de agujero negro masivo, fruto de la fusión de dos agujeros negros, fue observado directamente por primera vez gracias a las ondas gravitacionales, un hallazgo clave para la comprensión del universo.
“¡Es una puerta que se abre sobre un nuevo paisaje cósmico! ¡Todo un mundo nuevo!”, se felicitó en rueda de prensa Stavros Katsanevas, director de Virgo, uno de los dos detectores de ondas gravitacionales que captó las señales de este nuevo agujero negro revelado el miércoles.
Se trata de la primera prueba directa de la existencia de agujeros negros de masa intermedia (entre 100 y 100.000 veces más masivos que el Sol) y podría explicar uno de los enigmas de la cosmología, esto es, la formación de estos objetos masivos presentes en varias galaxias, incluida la Vía Láctea.
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El misterioso objeto llamado “GW190521” y descrito en el Physical Review Letters y el Astrophysical Journal Letters por un equipo internacional de más de 1.500 científicos, es probablemente resultado de la fusión de dos agujeros negros.
Tiene una masa 142 veces superior a la del Sol y es el agujero negro más masivo jamás detectado por las ondas gravitacionales (los supermasivos, miles de millones de veces mayores, son detectados de otra forma).
Predecidas por Albert Einstein en 1915 en su teoría de la relatividad general y observadas directamente un siglo más tarde, las ondas gravitacionales son deformaciones ínfimas del espacio-tiempo, parecidas a las ondulaciones del agua en la superficie de un estanque. Nacen bajo el efecto de fenómenos cósmicos violentos, como la fusión de dos agujeros negros que emite una cantidad de energía fenomenal.
La onda gravitacional de GW190521 tardó 7.000 millones de años en ser observable desde la Tierra y es el agujero negro más distante y por tanto más antiguo jamás descubierto.
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La señal fue registrada el 21 de mayo de 2019 por los instrumentos estadounidense Ligo y europeo Virgo, que atraparon así “su mayor presa” de sus recientes “cacerías”.
Era ultracorta (una décima de segundo) y de muy baja frecuencia (cuanto más remota, menor es la frecuencia). Fue “un desafío analizarla”, subrayó Nelson Christensen, que participó en el estudio por Ligo.
Hasta ahora, solo se contaba con pruebas indirectas, mediante observaciones electromagnéticas, que presagiaban la existencia de esta población de agujeros negros intermedios.
Más pesados que los agujeros negros resultado del hundimiento de estrellas, pero mucho más ligeros que los supermasivos, podrían ser “la clave de uno de los enigmas de la astrofísica y de la cosmología: el origen de los agujeros negros supermasivos”, según el Centro Nacional de Investigaciones Científicas de Francia (CNRS). Y es que una de las hipótesis sobre el nacimiento de estos últimos es en efecto la fusión repetida de agujeros negros de masa intermedia.
Otro fenómeno que intriga es el origen de los dos agujeros negros que se fusionaron.Según las teorías actuales, el hundimiento de una estrella no puede dar nacimiento a agujeros negros de este tamaño, es decir entre 60 y 120 veces la masa del Sol.
¿Acaso hubo un agujero negro primordial formado durante el Big Bang, hace 13.800 millones de años? ¿O se trata de dos agujeros negros a su vez resultado de una fusión? La detección de GW190521 abre pues un nuevo campo de preguntas por ahora sin respuesta.
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Más detalles
Los científicos que operan los detectores Ligo y Virgo anunciaron que el haber detectado la mayor fuente de ondas gravitacionales registrada hasta ahora genera en realidad más preguntas que respuestas.
Así lo consideró Alan Weinstein, miembro de LIGO (siglas en inglés de Observatorio de ondas Gravitacionales por Interferometría Láser) y profesor de física en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), al presentar el hallazgo.
Una onda gravitacional es una onda invisible que se desplaza a la velocidad de la luz. Albert Einstein postuló su existencia ya en 1915, como parte de la teoría de la relatividad general, pero el fenómeno solo se detectó experimentalmente en 2015 precisamente a través de Ligo.
Son difíciles de detectar y tanto Ligo como Virgo (observatorio localizado cerca de Pisa, en Italia, en el que participan el país anfitrión más Francia, España, Holanda, Polonia y Hungría) fueron creados especialmente para ello; el hallazgo comunicado este miércoles puede haber sido el más importante hasta la fecha.
La fusión de dos agujeros negros es un fenómeno que no genera luz, por lo que solo puede apreciarse mediante estas olas cósmicas que sirven para avanzar en el conocimiento del universo.
Weinstein agregó sobre el descubrimiento que de momento se opta por darle la explicación más sencilla, que es la de atribuir el surgimiento de las ondas gravitacionales a la fusión de dos agujeros negros binarios.
“El listón para afirmar que hemos descubierto algo nuevo es muy alto. Así que normalmente aplicamos la navaja de Occam: la solución más simple es la mejor, que en este caso es un agujero negro binario”, agregó.
Sin embargo, los científicos no ocultan que la dimensión del hallazgo es algo sin precedentes y que la señal que se detectó fue mucho más fuerte que en las otras ocasiones en que se pudieron rastrear ondas gravitacionales.
“Esto no se parece mucho a un chirrido, que es lo que normalmente detectamos”, dijo este miércoles el miembro de Virgo Nelson Christensen, investigador del Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS).
Las ondas gravitacionales detectadas y de las que ahora se dan detalles desarrollaron, según los científicos, una energía similar a la de ocho masas solares.
Casi todas las señales de ondas gravitacionales confirmadas hasta la fecha provienen de una fusión binaria, ya sea entre dos agujeros negros o dos estrellas de neutrones, por lo que esa es la primera hipótesis que barajan los científicos, que creen estar ante la fusión más grande entre dos agujeros negros con masas de 85 y 66 veces la masa del sol.
La nueva señal probablemente viene del instante en que los dos agujeros negros se fusionaron. La fusión creó un agujero negro aún más grande, de unas 142 masas solares, y liberó una enorme cantidad de energía, equivalente a alrededor de 8 masas solares, esparcida por el universo en forma de ondas gravitacionales.
Todos los agujeros negros observados hasta la fecha encajan en una de dos categorías: por una parte se han detectado agujeros negros que miden desde unas pocas masas solares hasta decenas de masas solares y se cree que se forman cuando mueren las estrellas.
Por otro lado, se han encontrado agujeros negros supermasivos, como el del centro de la Vía Láctea, que miden desde cientos de miles hasta miles de millones de veces el de nuestro sol.
Sin embargo, el último agujero negro de 142 masas solares producido por la fusión GW190521 se encuentra dentro de un rango de masa intermedio entre los agujeros negros de masa estelar y supermasivos, el primero de su tipo jamás detectado.
Los dos agujeros negros que produjeron el agujero negro final también parecen ser únicos en su tamaño. Son tan grandes que los científicos sospechan que uno o ambos pueden no haberse formado a partir de una estrella que colapsa, como ocurre con la mayoría de los agujeros negros de masa estelar.
En todo caso eso es algo que pondría en cuestión parte de las teorías vigentes de la evolución estelar que podrían tener que ser reescritas.
“El hecho de que estemos viendo agujeros negros de estas dimensiones hará que muchos astrofísicos se rasquen la cabeza y traten de averiguar cómo se produjeron”, dijo Christensen
