- Los físicos descubrieron un nuevo tipo de agujero negro en la "zona prohibida" de tamaños de agujero negro, respondiendo a una pregunta sobre si tal objeto es físicamente posible.
- Hace 7,000 millones de años, ese agujero negro se estrelló contra otro, la colisión de agujeros negros más distante y masiva jamás detectada, enviando ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales.
- El Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser recogió esas ondas.
- Ese observatorio ha demostrado que Albert Einstein tiene razón sobre la existencia de ondas gravitacionales, y está equivocado sobre si alguna vez las detectaríamos.
Hace 7,000 millones de años, dos agujeros negros chocaron entre sí y se fusionaron en un enorme agujero negro con una masa de 142 soles.
La colisión reverberó a través del espacio y el tiempo, y estas ondas, un fenómeno llamado ondas gravitacionales predichas por primera vez por Albert Einstein, viajaron 16,500 millones de años luz a través del universo y llegaron a la Tierra en mayo de 2019.
Durante una décima de segundo, las ondas estiraron los brazos de una milla de largo de dos enormes observatorios de física: el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser en Estados Unidos, y su compañero italiano, Virgo.
Los científicos detrás de estos observatorios supieron de inmediato que habían detectado algo único.
«Esto no se parece mucho a un chirrido, que es lo que normalmente detectamos», dijo en un comunicado de prensa Nelson Christensen, científico de Virgo e investigador del Centro Nacional Francés de Investigación Científica . «Esto es más como algo que hace ‘bang’, y es la señal más masiva que LIGO y Virgo han visto»
La fusión de agujeros negros que detectaron los observatorios es la más masiva y distante que se ha captado. Pero lo más sorprendente es que desafía las leyes conocidas de la física.
Los cálculos de los científicos mostraron que el agujero negro más pesado tenía 85 veces la masa del sol. Muchos físicos pensaban que era imposible llegar a este rango.
«Esto es exactamente lo que predije que no estaba allí», dijo a Business Insider Stan Woosley, un astrofísico que modela la muerte de estrellas masivas (el proceso que crea agujeros negros). «Un gran agujero negro justo en el medio de la zona prohibida».
Los científicos de LIGO y Virgo describieron los nuevos hallazgos en dos artículos publicados el miércoles.
«Este evento abre más preguntas que respuestas», dijo en el comunicado Alan Weinstein, científico de LIGO y profesor de física en el Instituto de Tecnología de California. «Desde la perspectiva del descubrimiento y la física, es algo muy emocionante».
‘Algunos de nosotros le debemos botellas de vino a otros’
Los agujeros negros se forman cuando las estrellas pesadas mueren y colapsan; sus tirones gravitacionales son tan fuertes que ni siquiera la luz puede escapar.
Hay dos tipos principales de agujero negro: de masa estelar (que son decenas de masas solares) y supermasivo (que tiene la masa de millones o incluso miles de millones de soles).
NASA, ESA y D. Coe, J. Anderson y R. van der Marel (STScI)
El agujero negro de 142 masas solares que se formó como resultado de esta colisión de 7,000 millones de años es el primero detectado que tiene entre 100 y 1,000 masas solares. Este objeto de «masa intermedia» podría revelar un eslabón perdido entre los dos tipos de agujeros negros. También puede ayudar a los científicos a comprender de dónde provienen los agujeros negros supermasivos.
Pero el agujero negro de 85 masas solares involucrado en la colisión no se suponía que existiera en absoluto.
Aunque los tamaños de los agujeros negros pueden variar «desde microscópicos hasta el tamaño del universo», dijo Woosley, sus modelos sugieren que cuando se trata de pares de estrellas que orbitan un centro de gravedad compartido, «sería muy difícil formar un agujero negro. con una masa entre aproximadamente 50 y 130 masas solares».
En cambio, los modelos físicos sugieren que las estrellas en ese rango de masa deberían morir en un tipo único de explosión de supernova que aniquila a la estrella , sin dejar material para colapsar en un denso agujero negro.
«Pero la naturaleza encuentra un camino», dijo Woosley. «En nuestra defensa, tuvieron que hurgar en una fracción sustancial del universo visible para encontrar uno. Está muy lejos».
Añadió que los físicos como él, que predijeron esta brecha masiva, necesitarían repensar sus modelos. «Nosotros y muchas otras personas volveremos y miraremos detenidamente nuestras suposiciones», dijo Woosley.
Eso también puede significar pagar una apuesta perdida contra los investigadores de ondas gravitacionales.
«Los observadores buscarán más, solo uno de cualquier cosa no es tan agradable como dos. Y algunos de nosotros le debemos botellas de vino a otros», dijo Woosley. «No estoy 100% convencido de que hayan visto un [agujero negro de masa solar] 85 , pero estoy lo suficientemente convencido para pagar».
El agujero negro podría haber crecido de una colisión anterior
Es poco probable que este agujero negro imposible se haya creado directamente a partir de una estrella que colapsa, por lo que algunos investigadores piensan que podría provenir de una fusión anterior.
«Hay muchas ideas sobre cómo evitar esto: fusionar dos estrellas juntas, incrustar el agujero negro en un disco grueso de material que puede tragar, o agujeros negros primordiales creados como consecuencia del Big Bang», dijo Christopher Berry, un gravitacional -astrónomo de ondas e investigador de LIGO, dijo en el comunicado. «La idea que realmente me gusta es una fusión jerárquica en la que tenemos un agujero negro formado a partir de la fusión anterior de dos agujeros negros más pequeños».
Woosley también dijo que el agujero negro probablemente se hizo tan grande debido a algo que sucedió después de su formación.
«Realmente solo predecimos las masas de agujeros negros cuando nacen», dijo.
Otra posibilidad es que el evento que LIGO y Virgo detectaron puede no haber sido una fusión de agujero negro en absoluto. Sin embargo, una colisión es la mejor opción para los datos.
Las predicciones de Einstein llevaron a los científicos a violentas colisiones espaciales y a un nuevo reino de la física
Einstein predijo que las colisiones de objetos masivos, como agujeros negros y estrellas de neutrones, producirían ondas gravitacionales. Pero no creía que nadie pudiera detectar estas ondas en el espacio-tiempo; parecían demasiado débiles para captarlas en la Tierra en medio de todo el ruido y las vibraciones aquí.
Durante 100 años, parecía que Einstein tenía razón.
Pero a fines de la década de 1990, las máquinas de LIGO en Washington y Louisiana se construyeron en un intento por captar las señales. Durante los primeros 13 años, esperaron en silencio.
Finalmente, en septiembre de 2015, LIGO detectó sus primeras ondas gravitacionales: señales de la fusión de dos agujeros negros a unos 1,300 millones de años luz de distancia. El descubrimiento abrió un nuevo campo de la astronomía y tres investigadores que ayudaron a concebir el experimento obtuvieron un premio Nobel de física.
Desde entonces, LIGO y Virgo han identificado otros dos tipos de colisiones. Los observatorios registraron ondas gravitacionales de dos estrellas de neutrones que se fusionaron por primera vez en octubre de 2017. En agosto de 2019, LIGO y Virgo detectaron lo que los científicos creen que era un agujero negro que se tragaba una estrella de neutrones .
«Después de tantas observaciones de ondas gravitacionales desde la primera detección en 2015, es emocionante que el universo todavía nos esté lanzando cosas nuevas, y este agujero negro de 85 masas solares es una bola curva», Chase Kimball, estudiante de doctorado en astronomía. en la Universidad de Northwestern que trabaja con el equipo de LIGO, dijo en el comunicado.
Los investigadores esperan aprender más a medida que profundizan en este campo de la física. Las actualizaciones planificadas y los nuevos observatorios pueden permitir a los científicos detectar nuevas colisiones espaciales todos los días a mediados de la década de 2020.
«Las observaciones de ondas gravitacionales son revolucionarias», dijo Berry. «Cada nueva detección refina nuestra comprensión de cómo se forman los agujeros negros. Con estos avances de ondas gravitacionales, no pasará mucho tiempo hasta que tengamos suficientes datos para descubrir los secretos de cómo nacen y cómo crecen los agujeros negros».
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