Los agujeros negros que colisionaron hace 3.000 años, más masivos de lo esperado, enviaron ondas gravitacionales que han atravesado la Tierra.
La danza de los agujeros negros
LIGO detectó las ondas a partir de la colisión más reciente de agujeros negros el pasado 4 de enero de 2017, unos 3.000 millones de años después de que tuviera lugar. Las ondas gravitacionales atravesaron la Tierra y sacudieron ligeramente series idénticas de láseres y espejos construidas en Hanford, Washington, y en Livingston, Luisiana.
Las ondas encogieron y expandieron el espacio en la Tierra el equivalente a una fracción de la anchura de un protón, una de las partículas que compone el núcleo de un átomo. Eso, obviamente, resulta imposible de percibir por parte de los humanos, pero los detectores de LIGO son tan sensibles que ni siquiera las perturbaciones más diminutas pueden escapar a sus láseres.
Tras un detenido análisis de la señal, el equipo encargado de LIGO determinó que se trataba de la huella de una colisión catastrófica entre dos agujeros negros, uno con una masa equivalente a casi 30 soles y otro con la masa de 19 soles.
Estos agujeros negros habían estado girando el uno en torno al otro durante eones, acercándose poco a poco en lo que se convertiría una espiral cósmica mortal. A medida que se aproximaban, radiaban energía en forma de ondas gravitacionales. Y cuando finalmente colisionaron y se fusionaron, liberaron todavía más energía, en esa misma forma.
El agujero negro único resultante de dicha espiral de furia cósmica conforma una masa de espacio-tiempo curvado y sin fondo equivalente a 50 soles, según informa el equipo de LIGO en la revista Physical Review Letters.
Más masivos de lo esperado
Las dos primeras detecciones gravitacionales de LIGO, en septiembre de 2015 y diciembre de 2015, también implicaron colisiones entre agujeros negros. En dos de los tres casos, los agujeros negros son increíblemente masivos en comparación con las expectativas de los astrofísicos.
Los resultados combinados revelan a los científicos que mucho de lo que creían saber sobre los agujeros negros estelares no es del todo acertado.
Los agujeros negros estelares son agujeros negros creados por la explosión y la muerte de estrellas con más masa que el Sol. Se podría pensar ingenuamente que cuanto más grande sea la estrella, más grande será el agujero negro. Pero la astrofísica no funciona necesariamente de esa manera.
En su lugar, cuanto más grande sea la estrella, más tempestuosa será, y sus fuertes vientos estelares envían ráfagas de materia al espacio durante el transcurso de la vida de dicha estrella. Cuando la estrella muere, ya ha perdido gran parte de su masa, por lo que finalmente se convierte en un agujero negro relativamente pequeño. STEINN SIGURDSSON
Durante décadas, las teorías y la observación sugerían que los agujeros negros estelares no podían exceder las 10 masas solares, según explica Steinn Sigurdsson, de la Universidad Estatal de Pensilvania. Pero LIGO está revelando múltiples agujeros negros con una masa significativamente superior al límite que se asumía previamente, aunque son considerablemente inferiores a los enormes gigantes que viven en los corazones de las galaxias.
«Antes de nuestros descubrimientos, ni siquiera sabíamos a ciencia cierta que estos agujeros negros existían», nos cuenta Laura Cadonati, del Instituto de Tecnología de Georgia, que forma parte del equipo de LIGO. Ahora, los astrofísicos tendrán que devanarse los sesos para explicar cómo se formaron estos extraños cuerpos.
«Tenemos que averiguar una forma de explicar lo masivos que son», afirma Haggard. «Esto ya supuso un dilema en el primer descubrimiento, debido a los agujeros negros con una masa de 30 soles. No teníamos modelos que lo descartasen totalmente, pero son algo sorprendente. Estos [agujeros negros recién descubiertos] son extremadamente masivos».
Una de las explicaciones para estos agujeros negros sugiere que sus enormes estrellas originarias estaban hechas en un principio de hidrógeno y helio, que resultan en vientos menos tempestuosos y por tanto en una pérdida de masa mucho menor. Cuando estas estrellas murieron, mucha más masa acabó colapsando y formando este agujero negro.
Estrellas como estas eran comunes en los cúmulos globulares, o agrupaciones densas de estrellas extremadamente viejas que orbitan alrededor de las galaxias, incluyendo la nuestra.
Teorías de origen enfrentadas
Otra línea de pruebas de LIGO apoyaría la idea de que los cúmulos globulares tendrían un papel en la saga de dúos de agujeros negros masivos.
A partir de las señales de ondas gravitacionales, el equipo de LIGO podría deducir varias características de los agujeros negros antes de que se fusionaran, incluyendo la dirección en la que giraban y la orientación de sus ejes de rotación. Basándose en dicha información, Cadonati afirma que parece que la colisión habría tenido lugar dentro de un cúmulo globular.
Una de las teorías acerca del origen de los agujeros negros binarios implica que una pareja de estrellas hermanas masivas orbiten una alrededor de la otra. Cuando dichas estrellas mueren, sus «cadáveres» seguirían en esa danza giratoria, lo que suele dar como resultado una pareja de agujeros negros con giros y orientaciones similares.
Sin embargo, los datos más recientes de LIGO sugieren que los antiguos agujeros negros no tendrían giros totalmente alineados. Sería posible que estos agujeros negros se hubieran formado por separado dentro de un cúmulo globular. A continuación, se habrían desplazado hacia el centro del cúmulo, donde finalmente acabaron en una espiral giratoria.
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