La llegada de los detectores de ondas gravitacionales (ahora hay cuatro) ha registrado un flujo constante de fusiones de agujeros negros. Por lo que podemos decir, casi todos se comportaron exactamente como esperábamos que los tipos de eventos que predijimos los producirían: un par de agujeros negros en órbita que gradualmente giran hacia adentro hasta que se encuentran en su centro de gravedad mutuo. .
Pero hubo un evento que aparentemente no coincidió con el tipo de señales que esperábamos. Y los investigadores ahora sugieren que fue el producto de algo que debería ser increíblemente raro: dos agujeros negros encontrados en la inmensidad del espacio. Después de un solo paso cercano, los dos cuerpos se encorvaron e inmediatamente se volcaron en una colisión.
Modelos y tuits
Las colisiones de agujeros negros requieren que los dos agujeros negros estén lo suficientemente cerca uno del otro para interactuar gravitacionalmente. Dado que el espacio es tan vasto, eso generalmente significaría que son el producto de dos estrellas masivas que se formaron como un sistema binario. Después de que las estrellas murieran y dejaran agujeros negros atrás, los dos cuerpos girarían lentamente uno hacia el otro, irradiando energía en forma de ondas gravitacionales mientras lo hacen.
Esto lleva a una inspiración y fusión relativamente simple, cuyos detalles aparecieron en innumerables animaciones a raíz de LIGO primera detección de una colisión de agujeros negros.
Las colisiones de este tipo están tan bien resueltas que tenemos una gran cantidad de simulaciones que modelan una colisión como esta con diferentes conjuntos de detalles: diferentes masas de agujeros negros, diferentes espines, etc. Estas simulaciones proporcionan «modelos» de los momentos finales antes de las colisiones, cuando la producción de ondas gravitacionales se vuelve más rápida e intensa, con el «chirrido» final de las ondas elevándose por encima del ruido de fondo en la Tierra. Estos patrones nos permiten identificar rápidamente los detalles de un choque, en función de qué tan cerca coincidan las señales de choque con uno de estos patrones.
Pero una fusión llamada GW190521 no se ajustaba muy bien a los modelos, y solo encajaba mejor si los agujeros negros involucrados no giraban en absoluto. El tweet fue inusualmente corto y no hay señales de una señal antes del colapso real. Finalmente, los dos objetos involucrados en la fusión eran relativamente masivos: alrededor de 50 y 80 veces la masa del Sol. Los agujeros negros de este tamaño no se forman en las supernovas (por lo general, comienzan con menos de 15 masas solares), por lo que es probable que sean producto de colisiones pasadas. Lo que hace que iniciarlos como parte de un sistema binario sea una propuesta cuestionable.
Por lo tanto, un equipo de investigadores europeos decidió modelar un evento que debería ser relativamente raro: los dos agujeros negros no comenzaron en una órbita común, sino que sucedieron lo suficientemente cerca como para adherirse gravitacionalmente el uno al otro.
¿Bailamos?
El término técnico para lo que proponen los autores es «captura dinámica», lo que explica la naturaleza aparentemente repentina y en ráfagas de la señal GW190521. En lugar del enfoque gradual en el que las ondas gravitacionales aumentan en intensidad que caracteriza a los sistemas binarios, los dos cuerpos que desencadenaron este evento podrían experimentar un número limitado de oscilaciones de alta velocidad entre sí antes de chocar.
Los investigadores modelaron una variedad de enfoques potenciales, algunos de los cuales conducirían a un enfoque gradual similar al que se observa en los sistemas binarios y otros que podrían alejar a los dos agujeros negros en trayectorias alteradas. Pero entre los dos extremos hay un conjunto de resultados en los que podría tener una pequeña cantidad de pases cercanos antes de colisionar, o los dos agujeros negros podrían sumergirse directamente uno en el otro.
Los modelos que produjeron un chirrido que coincidía mejor con la señal GW190521 vieron un solo paso que acercó los agujeros negros, seguido de una sola curva rápida en la colisión. Pero el primer paso fue lo suficientemente lejos como para que la señal fuera demasiado débil para destacarse del ruido de fondo en los detectores. Aunque es posible producir resultados similares a estos usando un perfil de colisión más típico con inspiración gradual, varias pruebas estadísticas sugieren que la captura dinámica es más probable.
Probablemente se base en las propiedades del chirrido de ondas gravitacionales, al menos. La probabilidad de que dos agujeros negros se acerquen lo suficiente como para desencadenar el proceso es otra cuestión completamente diferente. Pero ambos agujeros negros son lo suficientemente masivos como para haber sido construidos por fusiones anteriores, lo que sugiere que esta colisión tuvo lugar en un cúmulo denso donde muchas estrellas masivas están muriendo. Por lo tanto, el entorno puede ser más propicio para un encuentro casual de lo que cabría esperar.
astronomía natural2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01813-w (Acerca de los DOI).
