Hace poco más de un año, el 12 de abril de 2019, la colaboración LIGO-Virgo detectó ondas gravitacionales, extendiéndose a través del espacio-tiempo desde la colisión épica de dos agujeros negros a 2.400 millones de años luz de distancia. Por ahora, maravillosamente, esto no es nada fuera de lo común en sí mismo.
Pero, como lo han revelado los astrónomos, la verdadera colisión del GW 190412 fue algo que nunca antes habíamos visto. En lugar de dos agujeros negros más o menos de igual masa entre 20 y 40 veces la masa del Sol, GW 190412 fue producido por un binario salvajemente desigual.
Con base en el análisis de esas ondas gravitacionales ondulantes, los astrónomos han descubierto que uno de los agujeros negros inclinó la balanza a alrededor de 29.7 masas solares, mientras que el otro era tres veces más pequeño, solo 8.4 masas solares.
Esta es también la masa más baja calabozo
"Ninguna de estas masas es demasiado sorprendente por sí sola. Sabemos que los agujeros negros vienen en estos tamaños. Lo nuevo es la proporción de las masas", explicó el astrónomo Christopher Berry de la Universidad Northwestern y la Colaboración LIGO en una entrada de blog.
"Esta observación nos permite probar nuestras predicciones para onda gravitacional señala de una manera nueva, y es otra pieza en el rompecabezas de comprender cómo se forman los agujeros negros binarios ".
Los hallazgos de la colaboración fueron presentados en la reunión virtual de abril de la American Physical Society.
Debido a que otros eventos de ondas gravitacionales han sido generados por binarios de agujeros negros de aproximadamente igual masa, esto se refleja en la señal. Como los agujeros negros tienen la misma masa, vuelven a la misma posición relativa con cada órbita.
Esto da como resultado una frecuencia de onda gravitacional que es aproximadamente el doble de la frecuencia orbital del sistema binario, es decir, cuánto tiempo tardan en orbitarse los agujeros negros. Pero cuando el sistema tiene un desequilibrio de masa significativo, la órbita es desigual. Esto produce una segunda frecuencia de onda gravitacional más débil.
Esto se observó en GW 190412, que produjo (entre la familia de chirridos que generalmente se encuentran en una fusión de agujeros negros) dos frecuencias distintas, como si dos cuerdas de guitarra vibraran simultáneamente, una diada de frecuencias.
Sorprendentemente, estas frecuencias eran el equivalente a cinco notas separadas, lo que se conoce como quinto perfecto. Cuando empiezas a cantar Brilla brilla pequeña estrella, los primeros dos centelleos constituyen este intervalo musical.
Además de ser realmente impresionantes, estas frecuencias permitieron al equipo realizar otra prueba de relatividad general, también. Básicamente, dividieron la señal de onda gravitacional en una parte anterior y una parte posterior, y usaron ecuaciones basadas en la relatividad general para calcular la otra parte de la señal para cada mitad.
Las mitades coincidieron con los cálculos, produciendo algunos de los resultados más sólidos de esta prueba hasta la fecha.
Basado en la señal inusual de la fusión, el equipo también pudo hacer algunas mediciones más. Pudieron determinar que el agujero negro más grande estaba girando, por lo general una cosa bastante difícil de medir, y solo se logró previamente (y tentativamente) en otras dos fusiones.
En GW 190412, este giro parecía ser bastante rápido, lo que podría ser una pista de cómo llegó a existir un binario tan desigual. Verá, hay varios modelos astrofísicos para la formación de binarios de agujeros negros, pero la mayoría de ellos dan como resultado pares más o menos de igual masa.
El más obvio es un sistema estelar binario en el que cada estrella colapsa en un agujero negro. Sin embargo, se cree que estos no pueden producir agujeros negros binarios con grandes discrepancias de masa, descartando GW 190412.
Es posible que los agujeros negros se formaron por separado, luego de alguna manera se unieron, capturando entre sí en órbita. Pero el alto giro del agujero negro más grande sugiere que podría haberse fusionado con otros agujeros negros anteriormente, antes de GW 190412.
Si los agujeros negros estuvieran en un sistema triple o cuádruple, podría ser que el agujero negro más grande ya se hubiera fusionado con los demás. Si simplemente flotaran en el espacio normal, el retroceso de la fusión interrumpiría el sistema, pero hay un escenario en el que podría funcionar: en el disco alrededor de un agujero negro supermasivo activo en el corazón de una galaxia.
Allí, el entorno gravitacional extremo podría permitir que los agujeros negros de masa estelar atraviesen varias fusiones sucesivas sin ser expulsados por la patada de retroceso.
Es imposible saberlo con certeza en esta etapa, pero con la colaboración LIGO-Virgo haciendo detecciones cada pocos días, es posible que no tengamos que esperar demasiado para obtener respuestas.
La diada no fue la única coincidencia producida por GW 190412, por cierto. La relación de masa entre los dos agujeros negros es "aproximadamente igual a la relación de llenado de un Oreo regular a un Mega Stuf Oreo". Berry señaló.
"Las investigaciones de las conexiones entre Oreos y la formación de agujeros negros están en curso".
Puedes leer el artículo completo del equipo en el sitio web de LIGO.