Esta colisión de agujeros negros hizo que las ondas gravitatorias fueran aún más interesantes.

Una visualización de una colisión entre dos agujeros negros de diferentes tamaños. 
Crédito: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Instituto Max Planck de Física Gravitacional), Simulación de la colaboración eXtreme Spacetime (SXS).

Una señal sin precedentes de objetos de tamaños desiguales les da a los astrónomos una visión rara de cómo giran los agujeros negros.

Los astrónomos de ondas gravitacionales han detectado por primera vez una colisión entre dos agujeros negros de masas sustancialmente diferentes, abriendo una nueva perspectiva sobre la astrofísica y la física de la gravedad. El evento ofrece la primera evidencia inconfundible de estas débiles ondas de espacio-tiempo de que al menos un agujero negro giraba antes de fusionarse, lo que brinda a los astrónomos una visión rara de una propiedad clave de estos objetos oscuros.

«Es un evento excepcional», dijo Maya Fishbach, astrofísica de la Universidad de Chicago en Illinois. Fusiones similares en las que se han publicado datos tuvieron lugar entre agujeros negros con masas aproximadamente iguales, por lo que esta nueva trastorna dramáticamente ese patrón, dice ella. La colisión se detectó el año pasado, y fue revelada el 18 de Abril por Fishbach y sus colaboradores en una reunión virtual de la Sociedad Estadounidense de Física, realizada completamente en línea debido a la pandemia de coronavirus. Ver video.

El Observatorio de Interferómetro Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), un par de detectores gemelos con sede en Hanford, Washington y Livingston, Louisiana, y el observatorio Virgo cerca de Pisa, Italia, detectaron el evento, identificado como GW190412, con alta confianza el 12 Abril de 2019. La colaboración LIGO – Virgo, que incluye Fishbach, publicó sus hallazgos en el servidor de preimpresión arXiv.

LIGO hizo el primer descubrimiento de ondas gravitacionales en septiembre de 2015, detectando las ondas espacio-temporales de dos agujeros negros fusionados. LIGO, más tarde acompañado por Virgo, posteriormente realizó diez detecciones más en dos carreras de observación que finalizaron en 2017: nueve fusiones más de agujeros negros y una colisión de dos estrellas de neutrones , lo que ayudó a explicar el origen de los elementos químicos pesados ​​del Universo.

La tercera y más reciente carrera comenzó el 1 de Abril de 2019 y terminó el 27 de Marzo de 2020, con un descanso de un mes en Octubre. La sensibilidad altamente mejorada permitió a la red acumular alrededor de 50 ‘eventos candidatos’ más, a un ritmo de aproximadamente uno por semana. Hasta ahora, la colaboración internacional había revelado solo otro evento de este período de observación: una segunda fusión entre dos estrellas de neutrones, denominada GW190425, que se reveló en enero .

Espacio distorsionado

El último evento es único. Uno de los dos agujeros negros que se fusionaron tenía una masa estimada de alrededor de 8 masas solares, y el otro era más de 3 veces más grande, con 31 masas solares. Este desequilibrio hizo que el agujero negro más grande distorsionara el espacio a su alrededor , por lo que la trayectoria del otro se desvió de una espiral perfecta. Esto se pudo ver en las ondas gravitacionales resultantes, que se crearon a medida que los objetos giraban en espiral entre sí. Todos los otros eventos de fusión que se han presentado produjeron una ola con una forma similar de «chirrido», que aumenta tanto en intensidad como en frecuencia hasta el momento de la colisión. Pero GW190412 fue diferente: su intensidad no aumentó simplemente como en un chirrido. «Esto hace que este sistema sea muy interesante, simplemente observando la morfología de la señal», dijo Fishbach.

Los físicos habían esperado ansiosamente tales eventos ‘no vainilla’ (no usuales) porque proporcionan formas nuevas y más precisas de probar la Teoría de la Gravedad de Albert Einstein, la Teoría General de la Relatividad. «Estamos en un nuevo régimen de prueba de la relatividad general», dijo Maximiliano Isi, Físico Uruguayo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, otro miembro de LIGO que se presentó en la reunión.

En particular, los investigadores pudieron usar estos datos para discernir el ‘giro’ de los agujeros negros. «Sabemos con confianza que este objeto más pesado tenía que estar girando», dijo Isi. Los eventos anteriores habían dejado a los investigadores desconcertados: las observaciones de agujeros negros en la Vía Láctea sugirieron que los agujeros negros deberían tener giros altos, pero esto no apareció en los datos de ondas gravitacionales de las dos primeras carreras.

Los astrofísicos esperan que la detección de giros pueda arrojar luz sobre cómo se formaron los agujeros negros y llegaron a orbitarse entre sí. La información más rica en fusiones asimétricas ayuda a medir la distancia de un evento desde la Vía Láctea con mayor precisión. Acumular muchas de estas mediciones podría proporcionar una nueva forma de mapear la historia de expansión del Universo .

La colaboración entre LIGO y Virgo continuará publicando más resultados de su vasto tesoro de datos inéditos, incluidos eventos individuales que son particularmente interesantes o emocionantes, dice Jo van den Brand de Virgo, Físico del Instituto Nacional de Física Subatómica en Amsterdam. «Creo que la cosecha es bastante buena, déjenme decirlo así».

Fuente: Nature.

Artículo original: «This black-hole collision just made gravitational waves even more interesting«. Davide Castelvecchi. April 20, 2020.

Material relacionado: _

El comunicado de prensa de LIGO:

Una imagen fija de una simulación numérica de una fusión binaria de agujero negro con masas asimétricas y precesión orbital. 
Crédito: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Instituto Max Planck de Física Gravitacional), Simulación de la colaboración eXtreme Spacetime (SXS).

La siguiente página de «LIGO Scientific Collaboration», (LSC) que se ofrece en varios idiomas, en particular en Español, da toda la información, incluyendo el comunicado anterior y el de la Colaboración LIGO – VIRGO:

La noticia publicada en otros medios:

Infografía para GW190412.
Crédito: LIGO Scientific Collaboration, (LSC).

Otros artículos relacionados, que tratan sobre observaciones anteriores de Ondas Gravitacionales, que además contienen en su apartado «Material relacionado», una selección de recursos sobre el tema:

Proyectos de Ciencia Ciudadana relacionados:

Videos:

La Dra. Gabriela González, de nacionalidad argentina, es la exvocera del proyecto de Colaboración Científica LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser) y fue parte del equipo de científicos que anunció al mundo el descubrimiento de las Ondas Gravitacionales en Febrero de 2016. Ella ofreció una charla TEDx en 2017 donde explica de forma sencilla las Ondas Gravitacionales:

Curiosidades:

La Teoría de la Relatividad General y la Detección de Exoplanetas.

El Telescopio de Reconocimiento Infrarrojo de Campo Amplio de la NASA (WFIRSTWide Field Infrared Survey Telescope ) buscará planetas fuera de nuestro Sistema Solar hacia el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, donde se encuentran la mayoría de las estrellas. 

Hasta la fecha, los astrónomos han encontrado la mayoría de los exoplanetas cuando pasan frente a su estrella anfitriona en eventos llamados tránsitos, que atenúan temporalmente la luz de la estrella. Los datos de WFIRST también pueden detectar tránsitos, pero la misión observará principalmente el efecto contrario: pequeñas oleadas de resplandor producidas por un fenómeno de doblez de la luz llamado Microlente (ver el artículo aquí). Estos eventos son mucho menos comunes que los tránsitos porque dependen de la alineación casual de dos estrellas muy separadas y no relacionadas que se desplazan por el espacio.

EL fenómeno físico de las Microlentes, se enmarca en la teoría de la Relatividad General.

¿Existirá alguna otra herramienta que nos brinde la Teoría de la Relatividd General para la detección de exoplanetas?

Para ello, dos científicos europeos están analizando las posibilidades de utilizar la Astronomía de Ondas Gravitacionales, mirando hacia el lanzamiento, en la década de 2030, de LISA, la antena espacial con interferómetro láser de la ESA. EL objetivo, son los exoplanetas en sistemas binarios de enanas blancas. El siguiente artículo lo presenta:

En la misma línea de la utilización de las Ondas Gravitacionales en la detección de exoplanetas está el siguiente trabajo:

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