Descobren as fuxidías fusións de buracos negros con estrelas de neutróns

O Instituto Galego de Física de Altas Enerxías participa na observación de dous raros eventos que ata agora nunca foran observados

Imaxe artística inspirada nun evento de fusión dun buraco negro e unha estrela de neutróns. Créditos: Carl Knox, OzGrav, Universidade de Swinburne.
Imaxe artística inspirada nun evento de fusión dun buraco negro e unha estrela de neutróns. Créditos: Carl Knox, OzGrav, Universidade de Swinburne.

A comunidade científica confirma, por primeira vez, a detección dunha colisión entre un buraco negro e unha estrela de neutróns. O fito ten, ademais, presenza galega mediante a participación do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), da Facultade de Física da USC. O achado é, ademais, por duplicado, xa que os resultados, que publica este martes The Astrophysical Journal Letters, describen dous eventos que se produciron con apenas 10 días de diferenza en xaneiro de 2020.

Estes eventos extremos “engurraron” o espazo, producindo ondas gravitacionais que tardaron, polo menos, 900 millóns de anos luz ata chegar á Terra. En cada caso, a estrela de neutróns foi probablemente engulida polo seu compañeiro o buraco negro.

Ondas gravitacionais

As ondas gravitacionais son perturbacións na curvatura do espazo-tempo creadas por obxectos masivos en movemento. Durante os cinco anos transcorridos desde que se mediron por primeira vez ‒achado que conduciu ao Premio Nobel de Física de 2017‒ identificáronse máis de 50 sinais de ondas gravitacionais procedentes da fusión de pares de buracos negros e de pares de estrelas de neutróns. Tanto os buracos negros como as estrelas de neutróns son os cadáveres de estrelas masivas, sendo os buracos negros aínda máis masivos que as estrelas de neutróns.

Este novo estudo describe a detección de ondas gravitacionais procedentes de dous raros eventos, cada un dos cales implica a colisión dun buraco negro e unha estrela de neutróns. As ondas gravitacionais foron detectadas polo Observatorio de Ondas Gravitacionais do Interferómetro Láser (LIGO) da National Science Foundation (NSF) en Estados Unidos e polo detector Virgo en Italia. O detector KAGRA, en Xapón, uniuse á rede LIGO-Virgo en 2020, pero non estaba en liña durante estas deteccións.

A primeira fusión, detectada o 5 de xaneiro de 2020, involucrou a un buraco negro dunhas 9 veces a masa do Sol, e a unha estrela de neutróns de 1,9 masas solares. A segunda fusión detectouse o 15 de xaneiro e nela participaron un buraco negro de 6 masas solares e unha estrela de neutróns de 1,5 masas solares.

Os astrónomos levan décadas buscando estrelas de neutróns que orbiten ao redor de buracos negros na Vía Láctea, a nosa galaxia, pero non atoparon ningunha ata o de agora. “Con este novo descubrimento de fusións de estrelas de neutróns e buracos negros fóra da nosa galaxia, atopamos o tipo de sistema binario que faltaba. Por fin podemos empezar a entender cantos destes sistemas existen, con que frecuencia fusiónanse e por que non vimos aínda exemplos na Vía Láctea”, afirma Astrid Lamberts, investigadora do CNRS no Observatorio da Costa Azul, en Niza (Francia).

O primeiro dos dous eventos, GW200105, foi observado polos detectores LIGO-Livingston e Virgo. Produciu un forte sinal no detector LIGO pero tivo unha pequena relación sinal-ruído no detector Virgo. O outro detector LIGO, situado en Hanford (Washington), estivo temporalmente fóra de servizo. Dada a natureza das ondas gravitacionais, o equipo deduciu que o sinal foi causada por un buraco negro que chocou cun obxecto compacto de 1,9 masas solares, identificado posteriormente como unha estrela de neutróns. Esta fusión tivo lugar a 900 millóns de anos luz de distancia.

Debido a que o sinal foi forte nun só detector, a localización da fusión no ceo segue sendo incerta, situándose nalgún lugar dentro dunha área que é 34.000 veces o tamaño dunha Lúa chea.

“Coa nosa sensibilidade actual non podemos identificar realmente os detalles sutís do sinal que nos permiten saber se estamos a presenciar buracos negros ou estrelas de neutróns”, afirma Juan Calderón Bustillo, investigador “la Caixa Junior Leader” no IGFAE. “Isto foi posible no caso de GW170817 porque tamén vimos a contrapartida electromagnética (luz). Con todo, teniendo en cuenta as masas que esperamos que teñan os buracos negros e as estrelas de neutróns, concluímos que os obxectos máis pequenos implicados nestas colisións son probablemente estrelas de neutróns”.

Thomas Dent e Juan Calderón, investigadores do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías. Foto: IGFAE.
Thomas Dent e Juan Calderón, investigadores do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías. Foto: IGFAE.

O segundo evento, GW200115, foi detectado tanto polos detectores LIGO como polo detector Virgo. GW200115 procede da fusión dun buraco negro cunha estrela de neutróns de 1,5 masas solares que tivo lugar a uns mil millóns de anos luz da Terra. “Como os tres instrumentos observaron este evento, puidemos excluír con moita máis precisión unha orixe de ruído terrestre: o método de procura PyCBC, desenvolto no IGFAE, descarta unha taxa de falsas alarmas superior a 1 por cada 50.000 anos”, explica Thomas Dent, líder do programa de ondas gravitacionais no IGFAE. “Aínda que a rede de tres detectores tamén axuda a acoutar a parte do ceo na que puido producirse o evento, esta zona seguía sendo case 3.000 veces máis grande que a Lúa chea”.

A alerta de ambos os eventos saltou pouco despois de que se detectasen os eventos en ondas gravitacionais e posteriormente buscaron no ceo os escintileos de luz asociados, pero non se atopou ningún. Isto non é sorprendente debido á gran distancia á que se atopan estas fusións, o que significa que calquera luz procedente delas, independentemente da lonxitude de onda, sería moi feble e difícil de detectar mesmo cos telescopios máis potentes. Ademais, é probable que as fusións non emitisen moita luz en ningún caso porque os seus buracos negros eran o suficientemente grandes como para tragarse as estrelas de neutróns enteiras.

“Non se trata de eventos nos que os buracos negros se coman as estrelas de neutróns, como o monstro das galletas, e “lanzar” anacos. Ese “lanzamento” é o que produciría a luz, e non cremos que iso ocorrese nestes casos”, afirma Patrick Brady, profesor da Universidade de Wisconsin-Milwaukee e voceiro da Colaboración Científica LIGO.

Anteriormente, a rede LIGO-Virgo atopou outras dúas candidatas a fusionar estrelas de neutróns con buracos negros. Un evento chamado GW190814, detectado o 14 de agosto de 2019, implicou unha colisión dun buraco negro de 23 masas solares cun obxecto de aproximadamente 2,6 masas solares, que podería ser a estrela de neutróns máis pesada coñecida ou o buraco negro máis lixeiro coñecido. Outro evento candidato, chamado GW190426, e detectado o 26 de abril de 2019, pensouse que posiblemente era unha fusión de estrela de neutróns e buraco negro, pero tamén podería ser simplemente o resultado do ruído do detector.

Tras observar con seguridade dous exemplos de ondas gravitacionais procedentes de buracos negros que se fusionan con estrelas de neutróns, estímase agora que, nun radio de mil millóns de anos luz da Terra, prodúcese aproximadamente unha fusión deste tipo ao mes.

“Os grupos de detectores de LIGO, Virgo e KAGRA están a mellorar os seus detectores para preparar o próximo ciclo de observación, que está previsto que comece no verán de 2022”, afirma Brady. “Coa sensibilidade mellorada, esperamos detectar as ondas de fusión ata unha vez ao día e medir mellor as propiedades dos buracos negros e a materia superdensa que compón as estrelas de neutróns”.


Referencia: (Publicado en The Astrophysical Journal Letters).

DEIXAR UNHA RESPOSTA

Please enter your comment!
POLÍTICA DE COMENTARIOS:

GCiencia non publicará comentarios ofensivos, que non sexan respectuosos ou que conteñan expresións discriminatorias, difamatorias ou contrarias á lexislación vixente.

GCiencia no publicará comentarios ofensivos, que no sean respetuosos o que contentan expresiones discriminatorias, difamatorias o contrarias a la ley existente.

Please enter your name here

Este sitio emprega Akismet para reducir o spam. Aprende como se procesan os datos dos teus comentarios.