Astrónomos de los grupos de colaboración científica internacional LIGO, Virgo y KAGRA han descubierto a través de ondas gravitacionales dos ejemplos de un sistema binario nunca antes detectado: en los mismos, dos agujeros negros devoran a sus compañeras, las estrellas de neutrones. El inusual fenómeno podría brindar precisiones acerca de zonas aún inexploradas del cosmos.
El primer evento ocurrió hace alrededor de 900 millones de años, entre un agujero negro con una masa equivalente a casi 9 masas solares y una estrella de neutrones de casi 2 masas solares. La segunda fusión se produjo hace aproximadamente 1.000 millones de años, interviniendo un agujero negro equivalente a 5,7 masas solares y una estrella de neutrones con una magnitud de 1,5 masas del Sol.
Según una nota de prensa del Instituto Max Planck, una de las instituciones científicas que participó del estudio, la particularidad del hallazgo radica en que hasta el momento únicamente se habían detectado ondas gravitaciones provenientes de sistemas binarios en los cuales dos agujeros negros, o en su defecto un par de estrellas de neutrones, se fusionaban e integraban. Es la primera ocasión en la cual se registra este tipo de fenómeno cósmico mixto.
De acuerdo a los resultados del estudio, publicado en Astrophysical Journal Letters, los eventos se registraron el 5 de enero de 2020 y el 15 de enero del mismo año, con tan solo diez días de diferencia. Aunque no se observó luz, las emisiones de ondas gravitacionales fueron lo suficientemente claras como para confirmar ambas fusiones, que podrían ayudar a comprender la naturaleza y el origen de esta clase de sistemas binarios.
Una fusión al mes
Una estrella de neutrones es una variedad de remanente estelar que nace como resultado del colapso gravitacional de una estrella supermasiva. Cuando ésta última agota el combustible presente en su núcleo, estalla espectacularmente y genera una supernova. Los restos de la monumental explosión crearán una estrella de neutrones.
Se caracterizan por ser un reservorio de enormes caudales de energía fuertemente comprimida: una estrella de neutrones puede contener una masa equivalente a 500.000 veces la masa de la Tierra, pero contenida en una esfera con un diámetro de una decena de kilómetros.
Aunque los dos eventos detectados son las primeras observaciones confiables en base a ondas gravitacionales de agujeros negros fusionándose con estrellas de neutrones, los científicos creen que ya es posible estimar la frecuencia con la cual ocurren estos fenómenos: se producirían aproximadamente en una ocasión por mes, a una distancia de mil millones de años luz. Sin embargo, gran parte de estas fusiones no se pueden detectar con las tecnologías disponibles actualmente.
Tras el origen y las causas
¿Cuál sería exactamente la causa de estos sistemas binarios mixtos? Los especialistas sostienen que una posibilidad es que las estructuras binarias estelares evolucionen con el tiempo hacia sistemas mixtos: una de las estrellas evolucionaría hacia un agujero negro, siendo acompañada por una estrella de neutrones. Además, podrían ser manifestaciones propias de sistemas estelares jóvenes o de reciente formación.
Ahora, nuevas investigaciones buscarán determinar con mayor precisión el origen y las características de estos extraños sistemas binarios, que podrían aclarar múltiples dudas sobre las regiones del universo más alejadas, con respecto a las cuales no se dispone aún de información certera.
Referencia
Observation of gravitational waves from two neutron star–black hole coalescences. The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, and the KAGRA Collaboration. Astrophysical Journal Letters (2021).DOI:https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac082e
Foto: recreación artística del fenómeno cósmico: un sistema binario en el cual un agujero negro devora literalmente a su compañera, una estrella de neutrones. Crédito: EGO (European Gravitational Observatory).
Video: representación de un sistema binario compatible con GW200115, uno de los dos eventos cósmicos detectados en los cuales un agujero negro se fusiona con una estrella de neutrones. Crédito: Max Planck Institute for Gravitational Physics en YouTube.