El retrato de familia de agujeros negros más detallado
Una colección de masas para una amplia gama de objetos compactos. El gráfico muestra agujeros negros (azul), estrellas de neutrones (naranja) y objetos compactos de naturaleza incierta (gris) detectados a través de ondas gravitacionales. Foto: AARON M. GELLER, NORTHWESTERN UNIVERSITY/LIGO
Un equipo internacional de astrónomos ha producido el retrato familiar más detallado de los agujeros negros hasta la fecha, ofreciendo nuevas pistas sobre cómo se forman estos objetos cósmicos.
Un análisis intenso de los datos de ondas gravitacionales más recientes disponibles condujo a esta descripción, así como a múltiples pruebas de la Teoría de la Relatividad General de Einstein.
El equipo de científicos que conforman la Colaboración Científica LIGO (LSC) y la Colaboración Virgo ahora comparte todos los detalles de sus descubrimientos. Esto incluye nuevos candidatos para la detección de ondas gravitacionales que resistieron el escrutinio (un total enorme de 39, que representan una variedad de agujeros negros y estrellas de neutrones) y nuevos descubrimientos como resultado de la combinación de todas las observaciones. Los 39 eventos promediaron más de uno por semana de observación.
Las observaciones podrían ser una pieza clave para resolver los muchos misterios de cómo interactúan exactamente las estrellas binarias. Una mejor comprensión de cómo evolucionan las estrellas binarias tiene consecuencias en la astronomía, desde los exoplanetas hasta la formación de galaxias.
Los detalles se informan en un trío de artículos relacionados disponibles en arxiv.org.
Las señales de ondas gravitacionales en las que se basan los estudios se detectaron durante la primera mitad de la tercera serie de observación, denominada O3a, del Observatorio de ondas gravitacionales de interferometría láser (LIGO) de la National Science Foundation, un par de idénticos interferómetros de 4 kilómetros de largo en los Estados Unidos, y Virgo, un detector de 3 kilómetros de largo en Italia. Los instrumentos pueden detectar señales de ondas gravitacionales de muchas fuentes, incluidos los agujeros negros en colisión y las estrellas de neutrones en colisión.
"La astronomía de ondas gravitacionales es revolucionaria: nos revela la vida oculta de los agujeros negros y las estrellas de neutrones", dijo Christopher Berry, miembro de LSC y autor de los artículos. "En solo cinco años hemos pasado de no saber que existen los agujeros negros binarios a tener un catálogo de más de 40. La tercera ejecución de observación ha arrojado más descubrimientos que nunca. Combinarlos con descubrimientos anteriores pinta una hermosa imagen de la rica variedad del universo de binarios".
Los artículos se resumen a continuación:
El "documento de catálogo" detalla las detecciones de agujeros negros y estrellas de neutrones de la primera mitad de O3a, lo que eleva el número total de candidatos a detección para ese período a 39. Este número supera ampliamente las detecciones de las dos primeras series de observación. (La primera ejecución tuvo tres detecciones de ondas gravitacionales y la segunda tuvo ocho). Las detecciones anunciadas anteriormente de O3a incluyen un objeto misterioso en la brecha de masa (GW190814) y el primer agujero negro de masa intermedia de su tipo (GW190521) .
En el "documento de poblaciones", los investigadores reconstruyeron la distribución de masas y espines de la población de agujeros negros y estimaron la tasa de fusión de las estrellas de neutrones binarias.
Los resultados ayudarán a los científicos a comprender los procesos astrofísicos detallados que dan forma a cómo se forman estos sistemas. Esta mejor comprensión de la distribución de masa de los agujeros negros y el conocimiento de que los giros de los agujeros negros pueden estar desalineados sugiere que podría haber múltiples formas de formación de agujeros negros binarios.
Usando el conjunto de detecciones reportadas en el documento del catálogo, los investigadores llevaron a cabo un análisis detallado combinando todo junto. En lo que llaman el "artículo de prueba de la relatividad general", los autores imponen restricciones a la teoría de la relatividad general de Einstein. La teoría pasó con gran éxito y actualizaron sus mejores mediciones sobre posibles modificaciones.
"Hasta ahora, la tercera serie de observación de LIGO y Virgo ha producido muchas sorpresas", dijo Maya Fishbach, miembro de LSC. "Después de la segunda serie de observación, pensé que habíamos visto todo el espectro de agujeros negros binarios, pero el panorama de los agujeros negros es mucho más rico y variado de lo que imaginaba. Estoy emocionado de ver qué nos enseñarán las observaciones futuras. "