Ondas gravitacionales

¿Unas ondas gravitacionales revolucionarias?

Recientemente, hemos sido conocedores de uno de los descubrimientos más sorprendentes en lo que respecta a la astrofísica de los últimos años. Se trata de nada menos que de la detección de las ondas gravitacionales producidas en la colisión de agujeros negros más grande jamás observada. Pero esto señores y señoras, no es lo sorprendente del asunto.

El evento

En Mayo de 2019, los observatorios LIGO-Virgo detectaron el evento denominado GW190521, una fusión de agujeros negros cuyo origen se encuentra a 7.000 millones de años luz de distancia, cuando el universo tenía la mitad de la edad que tiene ahora, y que dio como resultado la formación de un agujero negro de 142 masas solares.

 Los dos agujeros negros se orbitaron mutuamente acercándose cada vez más el uno al otro en un baile de gigantes. Justo antes de su fusión, se produjo la transmisión de las ondas gravitacionales que hemos detectado, los ecos de una gigantesca colisión de titanes con una energía de unas 8 masas solares, todo ello invertido en hacer vibrar el tejido de nuestro universo, el espacio-tiempo.

 Pero vamos al quid de la cuestión, y es que los agujeros negros originales se estiman en unas 85 y 66 masas solares. Esto supone que aquel agujero negro de 85 masas solares constituiría el primero en ser detectado claramente dentro del intervalo de masas (entre 65 y 120 masas solares) donde se piensa que una estrella colapsando debido a su propia gravedad tras agotar su combustible nuclear sería imposible que lo forme.

Hasta ahora, sabemos que una estrella de unas 130 masas solares es capaz de producir un agujero negro de unas 65 masas solares como máximo. Por su parte, las estrellas de unas 200 masas solares son capaces de producir agujeros negros de unas 120 masas solares en adelante. No obstante, y he aquí el punto crucial de nuestra discusión, las estrellas entre 130 y 200 masas solares experimentan un efecto que inestabiliza la estrella impidiendo la formación de un agujero negro.

LIGO-Virgo
Imagen del observatorio LIGO. El lugar donde se detectan las ondas gravitacionales.

Un caso particular

Los agujeros negros que se forman a partir de estrellas masivas, lo hacen cuando la estrella se encuentra en sus últimas fases, es decir, cuando su combustible nuclear se agota. Cuando esto ocurre, la estrella colapsa bajo el efecto de su propia gravedad, desencadenando una enorme supernova y dejando tras de sí un agujero negro.

En el caso de las estrellas situadas en el intervalo mencionado anteriormente (entre 130 y 200 masas solares), los fotones altamente energéticos dan lugar a pares electrón-positrón que ejercen una presión menor que la de los fotones. Esto es porque en este proceso se consume una gran cantidad de energía, de tal manera que la estrella no es capaz de contrarrestar su propia gravedad y se produce un colapso gravitatorio de la misma mucho más rápido y violento que no deja un agujero negro tras de sí.

Fusión de agujeros negros
Representación de una fusión de agujeros negros.

¿Qué posibles explicaciones encontramos?

En resumidas cuentas, es por esto, que la existencia de un agujero negro de 85 masas solares constituye toda una sorpresa para la comunidad científica. Y es que estos agujeros negros intermedios han sido y son una de las grandes cuestiones aún sin responder para la astrofísica. Una posibilidad sería que el origen de este agujero negro de 85 masas solares se debiese, a su vez, a otra fusión de agujeros negros, pero tal propuesta parece improbable, pues como hemos comentado, la fusión detectada ocurrió cuando nuestro universo tenía tan solo la mitad de edad que tiene actualmente. Es por esto que se piensa que nuestro universo sería aún demasiado joven como para albergar agujeros negros de tercera generación.

Por otro lado, aunque una fusión de agujeros negros parece el origen más probable para GW190521, esto no está del todo claro. Y es que los observatorios LIGO-Virgo siguen diferentes caminos para hacer sus detecciones de ondas gravitacionales. La primera consiste en buscar las señales que uno esperaría observar de una fusión de agujeros negros o de estrellas de neutrones. La segunda, menos específica, consiste en buscar eventualidades que se sitúen fuera de lo ordinario.

En nuestro caso, la segunda metodología se comportó mejor, aunque no mucho mejor, a la hora de identificar la señal. Esto abre la puerta a que, tal vez, GW190521 no tenga origen en una fusión de agujeros negros sino que se trate simplemente del colapso de una estrella muy masiva.

No obstante, para responder a todas estas cuestiones es probable que tengamos que esperar a posteriores detecciones que puedan arrojar un poco de luz a la cuestión. Sea como fuere, el futuro en este campo se torna incierto y apasionante.

 

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