Detectan un objeto misterioso fusionándose con un agujero negro

Durante mucho ​tiempo, la comunidad astronómica ha estado desconcertada por la falta de observaciones de objetos compactos con masas en el intervalo desde 2,5 hasta 5 masas solares. Esta misteriosa zona gris se conoce como el "hueco en la distribución de masas": un intervalo de masas aparentemente demasiado pequeñas para un agujero negro y demasiado grande para una estrella de neutrones. Tanto las ​estrellas de neutrones como los agujeros negros se forman cuando estrellas muy ​masivas agotan su combustible nuclear y explotan como supernovas. Lo que queda después de la explosión depende de la cantidad que permanece del núcleo de la estrella. Los núcleos menos masivos tienden a formar estrellas de neutrones, mientras que los más masivos colapsan en agujeros negros. Entender si existe un hueco en la distribución de masas en el intervalo mencionado, y por qué, ha sido un enigma durante mucho tiempo para los científicos.

Ahora, las colaboraciones científicas que operan el detector Advanced Virgo en el Observatorio Gravitacional Europeo (EGO, por sus siglas en inglés), cerca de Pisa en Italia, y los dos Advanced LIGO, en los Estados Unidos, han anunciado el descubrimiento de un objeto de alrededor de 2,6 masas solares, es decir, dentro del llamado "hueco en la distribución de masas", cuestionando así su propia existencia. La naturaleza del objeto en sí mismo sigue siendo un misterio, ya que esta observación de ondas gravitacionales por sí sola no nos permite distinguir si se trata de un agujero negro o una estrella de neutrones. Hace unos 800 millones de años, el objeto se fusionó con un agujero negro de 23 masas solares y, al hacerlo, generó un agujero negro final de unas 25 veces la masa del Sol. La fusión emitió una intensa onda gravitacional que los tres instrumentos de la red detectaron el 14 ​de agosto de 2019, y por tanto se ha etiquetado como GW190814. El descubrimiento acaba de publicarse en ​The Astrophysical Journal Letters​.

Otra peculiaridad de este evento es que la fusión muestra la proporción más inusual entre masas de un sistema binario registrado hasta la fecha. La masa mayor es aproximadamente 9 veces más masiva que la masa menor. La señal asociada a una fusión tan inusual fue claramente detectada por los tres instrumentos de la red LIGO-Virgo, con una relación global señal-ruido de 25. Gracias principalmente al retraso entre los tiempos de llegada de la señal en los detectores, es decir, los dos Advanced LIGO en los EE.UU. y Advanced Virgo en Italia, la red de 3 detectores fue capaz de localizar el origen de la fuente que generó la onda en unos 19 grados cuadrados.

Cuando los científicos de LIGO y Virgo detectaron esta fusión, inmediatamente enviaron una alerta a la comunidad astronómica. Muchos telescopios terrestres y espaciales hicieron un seguimiento en busca de luz y otras ondas electromagnéticas, pero, a diferencia de la famosa fusión de dos estrellas de neutrones, detectada en agosto de 2017 y que dieron lugar a la llamada astronomía multi-mensajero, en este caso no se recogió ninguna señal.

Según los científicos de Virgo y LIGO, el evento de agosto de 2019 no fue visto en el espectro electromagnético por varias razones probables. En primer lugar, este evento estaba seis veces más lejos que GW170817, lo que dificulta la detección de cualquier señal electromagnética. En segundo lugar, si la colisión involucró dos agujeros negros, probablemente no hubo ninguna emisión en el espectro electromagnético. En tercer lugar, si el objeto más pequeño del sistema fue de hecho una estrella de neutrones, su compañero agujero negro 9 veces más masivo podría habérsela tragado entera; una estrella de neutrones engullida completamente por un agujero negro no produciría ninguna emisión electromagnética. La identidad del objeto detectado el 14 de agosto de 2019 sigue siendo un misterio.

Además de poner a prueba nuestro entendimiento de la evolución estelar y de la producción de estrellas de neutrones y agujeros negros en el hueco de masas, la razón peculiar entre las masas del sistema binario y el hecho de ser el suceso de ondas gravitacionales mejor localizado en el cielo hasta la fecha sin contrapartida electromagnética, ha permitido llevar   a cabo nuevos tests de la teoría de la gravedad y una nueva medida de la constante de Hubble, compatible con aquella obtenida mediante el suceso GW170817.

“El suceso ​GW190814 ​es un buen ejemplo de cómo las ondas gravitacionales tienen el potencial de cambiar radicalmente nuestro entendimiento del cosmos tanto a nivel astronómico como a nivel de física fundamental”, declara Mario Martínez, coordinador del grupo Virgo en el Institut de Física d’Altes Energies (IFAE). “Los datos acumulados por los interferómetros LIGO y Virgo ahora y en los próximos años con una mayor sensibilidad contribuirán a ello.”

Observaciones futuras con Virgo, LIGO y posiblemente otros telescopios podrán detectar eventos similares y ayudarnos a responder a las numerosas preguntas que ha planteado la detección de GW190814.

Cinco grupos en España están contribuyendo a la astronomía de ondas gravitacionales de LIGO-Virgo, en áreas que van desde el modelado teórico de las fuentes astrofísicas hasta la mejora de la sensibilidad del detector para los períodos de observación actuales y futuros. Dos grupos, en la Universitat de les Illes Balears (UIB) y el Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE) de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), forman parte de la Colaboración Científica LIGO; mientras que la Universitat de València (UV), el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y el IFAE de Barcelona son miembros de Virgo.

Más información:
Vídeo del artista francés Alex Andrix en colaboración con EGO-Virgo y LMA.