Científicos confirman por primera vez colisiones entre una estrella de neutrones y un agujero negro

Los científicos han confirmado de manera inequívoca la colisión de un agujero negro y una estrella de neutrones: el fatídico momento en que dos objetos extremos se unen en un evento tan inmensamente poderoso que sus ondas a través del cosmos aún se pueden discernir mil millones de años después.

Impresión artística de un evento de fusión de una estrella de neutrones y un agujero negro. Crédito: Carl Knox/OzGrav/ Universidad Swinburne.

Sorprendentemente, este descubrimiento astronómico ahora se ha realizado no una, sino dos veces, según informa una colaboración internacional de miles de científicos.

En un nuevo estudio que confirma esta primera observación mundial, los investigadores detallan la detección de ondas gravitacionales resultantes de dos fusiones de estrella de neutrones y agujero negro separadas y distintas —cada una registrada por astrónomos con solo 10 días de diferencia en enero de 2020—.

«Es un hito impresionante para el campo naciente de la astronomía de ondas gravitacionales», dice el astrofísico Rory Smith del Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav) en la Universidad de Monash.

«Las estrellas de neutrones que se fusionan con agujeros negros se encuentran entre los fenómenos más extremos del Universo. La observación de estas colisiones abre nuevas vías para aprender sobre la física fundamental, así como sobre cómo nacen, viven y mueren las estrellas».

El descubrimiento virtualmente simultáneo de los dos eventos —llamados GW200105 y GW200115— habla de la velocidad con la que está evolucionando el campo de la ciencia de las ondas gravitacionales.

Impresión artística de ondas gravitacionales generadas por un binario de estrella de neutrones y agujero negro. Crédito: Mark Myers/OzGrav/Universidad Swinburne.

En solo media década desde el primer descubrimiento confirmado de ondas gravitacionales, los investigadores ahora han detectado estas ondas de docenas de eventos: en total, alrededor de 50 casos individuales de agujeros negros que chocan con otros agujeros negros, o estrellas de neutrones que chocan con otras estrellas de neutrones.

Pero hasta ahora, una colisión «mixta» que representa la fusión de una estrella de neutrones con un agujero negro —llamada binaria NSBH— nunca se había confirmado, aunque los científicos habían detectado previamente señales que eran potencialmente sugerentes de tal colisión agujero negro-estrella de neutrones.

Ahora, empero, el descubrimiento es inequívoco.

«En enero de 2020, la red de detectores LIGO-Virgo observó señales de ondas gravitacionales de dos inspirales binarias compactas, que son consistentes con las binarias de estrella de neutrones y agujero negro», explican investigadores de las colaboraciones internacionales LIGO, Virgo y Kagra en el nuevo estudio. «Estas representan las primeras observaciones confiables hasta la fecha de los binarios NSBH a través de cualquier medio de observación».

Los dos eventos

El primer evento, GW200105, se detectó el 5 de enero de 2020, involucrando un agujero negro (con aproximadamente nueve veces la masa del Sol, o 8,9 masas solares) que chocó con una estrella de neutrones de 1,9 masas solares.

Esta colisión tuvo lugar hace unos 900 millones de años, a pesar de que recién hemos detectado las ondas gravitacionales que surgen del monstruoso choque.

GW200115, detectado el 15 de enero de 2020, es aún más antiguo y se produjo cuando un sistema binario NSBH se fusionó hace unos mil millones de años, en la unión de un agujero negro de 6 masas solares y una estrella de neutrones de 1,5 masas solares.

Sacudiendo el universo

«Estas colisiones han sacudido el universo hasta su núcleo y hemos detectado las ondas que han enviado a toda velocidad a través del cosmos», comenta la astrofísica Susan Scott de la Universidad Nacional de Australia (ANU). «Cada colisión no es solo la unión de dos objetos masivos y densos. Es realmente como Pac-Man, con un agujero negro que se traga por completo a su estrella de neutrones compañera».

Se ha predicho que estos sistemas binarios existen durante décadas, pero nunca antes se habían observado. Ahora, gracias a la detección de ondas gravitacionales de sus colisiones, sabemos que estos pares existen, aunque aún quedan muchas preguntas.

«Ahora hemos visto los primeros ejemplos de agujeros negros fusionándose con estrellas de neutrones, así que sabemos que están ahí fuera», señala la astrónoma de ondas gravitacionales Maya Fishbach de la Universidad Northwestern.

«Pero todavía hay mucho que no sabemos sobre las estrellas de neutrones y los agujeros negros: qué tan pequeños o grandes pueden llegar a ser, qué tan rápido pueden girar, cómo se emparejan en socios de fusión. Con los datos de ondas gravitacionales futuras, tendremos el estadísticas para responder a estas preguntas y, en última instancia, aprender cómo se fabrican los objetos más extremos de nuestro universo».

Los hallazgos se han publicado en The Astrophysical Journal Letters.

Fuente: ScienceAlert. Edición: MP.