Un objeto desconocido para la ciencia se fusiona con un agujero negro

¿Agujero negro o estrella de neutrones? La naturaleza desconocida de uno de los objetos observados en una fusión de astros insólita en la historia de la astronomía desafía las bases establecidas sobre la evolución estelar y los agujeros negros

Fusión de un sistema binario

Fusión de un sistema binario

Foto: iStock

Esta ahí. Su pista a llegado a través de la ondas gravitacionales, pero los científicos aún no saben de que se trata. Cuando muere una estrella puede hacerlo de dos maneras distintas: si su masa es muy elevada, del orden de 30 a 70 veces la masa del Sol, suelen hacerlo en forma de una potente explosión conocida como supernova y dando lugar a la formación de un agujero negro por colapso gravitatorio. Si por el contrario se trata de una estrella más modesta, con una masa superior a 8 veces nuestro Sol, tras esta la potente explosión el resultado es un pequeño pero masivo cadáver en forma de estrella de neutrones.

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Así, la estrella de neutrones más pesada conocida hasta el momento no tiene más de 2,5 veces la masa de nuestro Sol. Del mismo modo, el agujero negro más ligero conocido hasta la fecha tiene aproximadamente 5 veces la masa de nuestro astro. ¿Qué cabe encontrarse entre medias? Hasta el momento los científicos no tenían respuesta, ya que nunca habían observado un objeto estelar de estas características que se situara entre estos valores de masa, es decir, una estrella de neutrones superior a las 2,5 masas solares o un agujero negro inferior a las 5. Es lo que los astrónomos conocen como la llamada "brecha de masa".

Los expertos barajan 2 posibilidades: el objeto podría ser el agujero negro más ligero conocido o la estrella de neutrones más pesada jamás detectada

No obstante, ahora un estudio ha detectado un nuevo objeto, hasta ahora de incógnita naturaleza, que parece encajar en esta brecha de masa, lo que ha puesto a la comunidad científica ante una situación inédita en el mundo de la astronomía. Dicho objeto, de 2,6 masas solares, y protagonista de la colisión con otro agujero negro mucho más masivo, de 23 masas solares, se describe esta semana en un articulo publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters titulado GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 M Black Hole with a 2.6 M Compact Object. Los expertos barajan 2 posibilidades: el objeto podría ser el agujero negro más ligero conocido o la estrella de neutrones más pesada jamás detectada.

La gravedad, testigo de un accidente espacial

El intrigante objeto fue encontrado el 14 de agosto de 2019, al fusionarse con un agujero negro de 23 masas solares, y generando una salpicadura de ondas gravitacionales detectadas en la Tierra por LIGO y Virgo. "Desde hace décadas se habían predicho fusiones de naturaleza mixta entre agujeros negros y estrellas de neutrones, pero este objeto compacto en la brecha de masas ha sido una completa sorpresa ", explica Vicky Kalogera de departamento de Astrofísica de la Universidad de Northwestern y quien coordinó la redacción de paper científico . “Y aunque no podemos clasificar el objeto con convicción, sabemos que estamos ante la estrella de neutrones más pesada conocida o el agujero negro más ligero. De cualquier manera, se ha batido un récord", continúa la científica, quién también es experta en objetos binarios y análisis de datos de ondas gravitacionales.

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Cuando los científicos de LIGO y Virgo detectaron esta fusión, inmediatamente enviaron una alerta a la comunidad astronómica. Mario Spera, experto en fusión de sistemas binarios y colaborador en Virgo concreta que: "Si bien no estamos seguros de la naturaleza de este objeto compacto, hemos obtenido una medida muy exacta de su masa que cae directamente en la llamada brecha de masa". "Este hallazgo emocionante y sin precedentes, combinado con la relación de masa única del evento de fusión - es decir, la gran diferencia de masa entre los dos objetos- desafía todos los modelos astrofísicos desarrollados hasta el momento. Sin embargo, estamos bastante seguros de que el Universo nos está diciendo, por enésima vez, que nuestras ideas sobre cómo se forman, evolucionan y fusionan los objetos compactos siguen siendo muy borrosas", añade.

Un tren contra un coche

La fusión cósmica descrita en el estudio, un evento denominado GW190814, resultó en un agujero negro de aproximadamente 25 veces la masa del Sol y que se encuentra a unos 800 millones de años luz de la Tierra. Antes de que los dos objetos se fusionaran, sus masas diferían en un factor de nueve, lo que hace que esta sea la relación de masa más extrema conocida para un evento de onda gravitacional.

La fusión cósmica resultó en un agujero negro de aproximadamente 25 veces la masa del Sol

"La fusión de este par de objetos con una relación de masa tan extrema y en la que el compañero de baja masa reside en la brecha de masa es un desafío para los modelos teóricos actuales", comenta Kalogera siguiendo con la argumentación de su colega. “Este descubrimiento implica que estos eventos ocurren mucho más a menudo de lo que creíamos, lo que hace que este sea un objeto de baja masa realmente intrigante"."Pienso en Pac-Man comiéndose uno de esos pequeños puntos; cuando las masas son tan asimétricas, el objeto más pequeño puede ser tragado por el agujero negro mayor de un solo bocado".

Un misterio por resolver

"Ya sea el objeto una estrella de neutrones pesada o un agujero negro ligero, el descubrimiento es el primero de una nueva clase de fusiones binarias" agrega Chase Kimball, estudiante en la Universidad de Northwestern y coautor del artículo. "Pero lo que está claro es que a partir de ahora, los modelos de sistemas binarios tendrán que dar cuenta de la frecuencia con la que podría volver a ocurrir este tipo de eventos.

Sin embargo, la pregunta que queda flotando en el aire -o en el vacío del espacio- es: ¿cómo sabrán los investigadores si el objeto misterioso era una estrella de neutrones o un agujero negro? Las observaciones futuras con LIGO y posiblemente otros telescopios podrán detectar eventos similares que ayudarán a revelar si existen otros objetos en la brecha de masa, por lo que habrá que esperar.

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"La brecha de masa ha sido un acertijo interesante durante décadas, y ahora hemos detectado un objeto que justo se enmarca entre estos valores ", explica Pedro Marronetti, director del programa de física gravitacional de la National Science Foundation (NSF). “Eso no puede explicarse sin desafiar nuestra comprensión de la materia extremadamente densa o lo que sabemos sobre la evolución de las estrellas. Esta observación es otro ejemplo del potencial transformador del campo de la astronomía de ondas gravitacionales, que saca a la luz nuevas ideas con cada nueva detección ", concluye.

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