Thomas Dent é o coordinador do programa de ondas gravitacionais do IGFAE de Santiago. Foto: IGFAE.
Thomas Dent é o coordinador do programa de ondas gravitacionais do IGFAE de Santiago. Foto: IGFAE.

O misterioso obxecto que se fusionou cun buraco negro hai 800 millóns de anos

Investigadores do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías participan no achado dun obxecto compacto de aproximadamente 2,6 masas solares

As colaboracións internacionais Virgo e LIGO, nas que participa o Instituto Galego de Física de Altas Enerxías, con base en Santiago de Compostela, anunciaron este martes o descubrimento dun obxecto de aproximadamente 2,6 veces a masa do Sol, e moi compacto, situándoo nun intervalo entre a estrela de neutróns máis masiva e o buraco negro máis lixeiro xamais visto. O achado foi posible grazas á observación dunha onda graviacional emitida durante o evento, que tivo lugar hai 800 millóns de anos, e que se rexistrou na Terra en agosto de 2019. Porén, a medición non permite distinguir se o obxecto compacto é un buraco negro ou unha estrela de neutróns, polo que a súa natureza exacta segue sendo un misterio.

Segundo explican desde o IGFAE, a comunidade astronómica estivo desconcertada durante moito tempo “pola falta de observacións de obxectos compactos con masas no intervalo desde 2,5 ata 5 masas solares”. Unha “zona gris” coñecida como ‘o oco na distribución de masas’, xa que se trata dun intervalo de masas aparentemente demasiado pequenas para un buraco negro e demasiado grandes para unha estrela de neutróns. Tanto as estrelas de neutróns como os buracos negros fórmanse cando estrelas moi masivas esgotan o seu combustible nuclear e explotan como supernovas. O que queda despois da explosión depende da cantidade que permanece do núcleo da estrela. Os núcleos menos masivos tenden a formar estrelas de neutróns, mentres que os máis masivos colapsan en buracos negros. Entender se existe un oco na distribución de masas no intervalo mencionado e por que, foi un enigma durante moito tempo para os científicos.

O achado podería encher o oco de falta de observacións de obxectos con masas no intervalo desde 2,5 ata 5 masas solares

Agora, as colaboracións científicas que operan o detector Advanced Virgo no Observatorio Gravitacional Europeo (EGO, polas súas siglas en inglés), preto de Pisa en Italia, e os dous detectores Advanced LIGO, nos Estados Unidos, anunciaron o descubrimento dun obxecto de ao redor de 2,6 masas solares, é dicir, dentro do chamado “oco na distribución de masas”, cuestionando así a súa propia existencia. A natureza do obxecto en si mesmo segue sendo un misterio, xa que esta observación de ondas gravitacionais por si soa non nos permite distinguir se se trata dun buraco negro ou unha estrela de neutróns. Fai uns 800 millóns de anos, o obxecto fusionouse cun buraco negro de 23 masas solares e, ao facelo, xerou un buraco negro final dunhas 25 veces a masa do Sol. A fusión emitiu unha intensa onda gravitacional que os tres instrumentos da rede detectaron o 14 de agosto de 2019, e por tanto etiquetouse como GW190814. O descubrimento acaba de publicarse en The Astrophysical Journal Letters.

Lenda para táboa de masas: Este gráfico mostra as masas para os buracos negros detectados a través de observacións electromagnéticas (morado), os buracos negros medidos mediante observacións de ondas gravitacionais (azul), as estrelas de neutróns medidas con observacións electromagnéticas (amarelo) e as estrelas de neutróns detectadas a través de ondas gravitacionais (laranxa). GW190814 está resalta no centro do gráfico como a fusión dun buraco negro e un obxecto misterioso ao redor de 2,6 veces a masa do Sol. Crédito: LIGO-Virgo/ Frank Elavsky & Aaron Geller (Northwestern).
Lenda para táboa de masas: Este gráfico mostra as masas para os buracos negros detectados a través de observacións electromagnéticas (morado), os buracos negros medidos mediante observacións de ondas gravitacionais (azul), as estrelas de neutróns medidas con observacións electromagnéticas (amarelo) e as estrelas de neutróns detectadas a través de ondas gravitacionais (laranxa). GW190814 está resaltada no centro do gráfico como a fusión dun buraco negro e un obxecto misterioso ao redor de 2,6 veces a masa do Sol. Crédito: LIGO-Virgo/ Frank Elavsky & Aaron Geller (Northwestern).

Outra peculiaridade deste evento é que a fusión mostra a proporción máis inusual entre masas dun sistema binario rexistrado ata a data. O obxecto maior é aproximadamente 9 veces máis masivo que o obxecto menor.

O sinal asociado a unha fusión tan inusual foi claramente detectada polos tres instrumentos da rede LIGO-Virgo, cunha relación global sinal-ruído de 25. Grazas principalmente ao atraso entre os tempos de chegada do sinal nos detectores, é dicir, os dous Advanced LIGO nos Estados Unidos e Advanced Virgo en Italia, a rede de tres detectores foi capaz de localizar a posición no ceo da fonte que xerou a onda nunha rexión duns 19 graos cadrados.

Cando LIGO e Virgo detectaron esta fusión, inmediatamente enviaron unha alerta á comunidade astronómica. Moitos telescopios terrestres e espaciais fixeron un seguimento en busca de luz e outras ondas electromagnéticas, pero, a diferenza da famosa fusión de dúas estrelas de neutróns (GW170817), detectada en agosto de 2017 e que deu lugar á chamada astronomía multimensaxeiro, neste caso non se recolleu ningún sinal.

Segundo os científicos de Virgo e LIGO, o evento de agosto de 2019 non foi visto no espectro electromagnético por varias razóns probables. En primeiro lugar, este evento estaba seis veces máis lonxe que GW170817, o que dificulta a detección de calquera sinal electromagnético. En segundo lugar, se a colisión involucrou dous buracos negros, probablemente non houbo ningunha emisión no espectro electromagnético. En terceiro lugar, se o obxecto máis pequeno do sistema foi de feito unha estrela de neutróns, o seu compañeiro buraco negro 9 veces máis masivo podería tragala enteira naquel momento; unha estrela de neutróns engulida completamente por un buraco negro non produciría ningunha emisión electromagnética.

Ilustración que amosa a misteriosa fusión detectada a través dunha onda gravitacional en 2019. Fonte: IGFAE.
Ilustración que amosa a misteriosa fusión detectada a través dunha onda gravitacional en 2019. Fonte: IGFAE.

“O suceso GW190814 mostra novamente o potencial da rede global de detectores para localizar estes misteriosos eventos cósmicos no espazo con maior precisión, co obxectivo de buscar calquera emisión de luz ou outras partículas. Estamos a mellorar continuamente os métodos para a detección e o seguimento das fontes de ondas gravitacionais a medida que a rede vai ampliándose”, sinala Thomas Dent, coordinador do programa de ondas gravitacionais no IGFAE.

Ademais de poñer a proba o entendemento da evolución estelar e da produción de estrelas de neutróns e buracos negros no oco de masas, a razón peculiar entre as masas do sistema binario e o feito de ser o suceso de ondas gravitacionais mellor localizado no ceo ata a data sen contrapartida electromagnética, permitiu levar a cabo novos tests da teoría da gravidade e unha nova medida da constante de Hubble, compatible con aquela obtida mediante o suceso GW170817.

As observacións futuras con Virgo, LIGO e posiblemente outros telescopios poderán detectar eventos similares e axudarnos a responder ás numerosas preguntas que expuxo a detección de GW190814, cuxa identidade segue sendo un misterio.

Software para buscar ondas gravitacionais dende o IGFAE

O programa de investigación de ondas gravitacionais do IGFAE, centro mixto da Universidade de Santiago de Compostela (USC) e a Xunta de Galicia, é o membro máis recente en adherirse á Colaboración LIGO en España. O programa creouse en novembro de 2018 coa incorporación de Thomas Dent e ten unha gran experiencia nos métodos de análises para detectar sinais de ondas gravitacionais procedentes da fusión de sistemas binarios de buracos negros e estrelas de neutróns, tales como os 14 eventos catalogados ata o momento pola colaboración LIGO-Virgo. O IGFAE está a traballar na actualización das canles de detección deste tipo de eventos por medio do software PyCBC, co obxectivo de maximizar o alcance das procuras de binarias na toma de datos máis recente, denominada O3 así como en tomas de datos futuras. O grupo está tamén involucrado na dedución de información relativa ás poboacións de fontes de ondas gravitacionais, incluíndo os indicios que as ducias de novas deteccións probables de binarias de buracos negros proporcionarán sobre a formación e evolución destes sistemas binarios.

Membros do grupo do IGFAE traballan no observatorio de raios cósmicos Pierre Auger, en Malargüe, Mendoza (Arxentina), sendo responsables da procura de neutrinos de enerxías extremadamente altas en coincidencia temporal e espacial co evento GW190814, así como con todos os eventos anunciados durante a toma de datos O3. Ademais foron coautores xunto coas colaboracións LIGO e Virgo de traballos nos que se estabeleceron os límites máis restritivos á emisión de neutrinos de ultra-alta enerxía procedentes da fusión do sistema binario de estrelas de neutróns GW170817. Este grupo continuará realizando seguimentos multimensaxeiro en futuras tomas de datos.

Cinco grupos en España están a contribuír á astronomía de ondas gravitacionais de LIGO-Virgo, en áreas que van desde o modelado teórico das fontes astrofísicas ata a mellora da sensibilidade do detector para os períodos de observación actuais e futuros.  Ademais do IGFAE, un grupo na Universitat de lles Illes Balears (UIB) forma parte da Colaboración Científica LIGO, mentres que a Universitat de València (UV), o Instituto de Ciencias do Cosmos da Universidade de Barcelona (ICCUB) e o IFAE de Barcelona son membros de Virgo.


Referencia: GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object (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.