gov-civil-vilareal.ptSacudidas del espacio-tiempo: por primera vez, los astrónomos ven un agujero negro comiendo una estrella de neutrones
>Por primera vez en la historia, los astrónomos han detectado la cosa más aterradora del Universo comiendo la segunda cosa más aterradora: un agujero negro devorando una estrella de neutrones.
Este es simultáneamente uno de los resultados de investigación más geniales y escalofriantes sobre los que he escrito. Una fusión entre estos dos tipos de objetos más densos en el Universo crea una colosal explosión, pero una que es completamente oscura. La única forma en que se detectó porque literalmente sacudió el tejido del espacio-tiempo. .
¿Aun mejor? Los astrónomos detectaron una segunda apenas diez días después.
Los temibles eventos fueron encontrados por la colaboración LIGO-Virgo , instalaciones diseñadas para detectar ondas gravitacionales , ondas reales en el tejido del espacio-tiempo. Einstein predijo que estas ondas serían generadas por cualquier masa que se acelerara, pero son de amplitud demasiado baja y blandas para detectarlas a menos que el objeto sea masivo, denso y acelerado con fuerza.
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Sin embargo, cuando los agujeros negros o las estrellas de neutrones se fusionan, los objetos que tienen apenas kilómetros de diámetro pero tienen tanta masa como las estrellas se aceleran unos alrededor de otros a velocidades aplastantes, lo suficiente como para crear ondas gravitacionales agudas. Estas ondas se expanden hacia afuera a la velocidad de la luz, pero se debilitan con la distancia. Podemos detectarlos desde cientos de millones o miles de millones de años luz de distancia, pero para entonces se han debilitado tanto que el estiramiento del espacio-tiempo es extremadamente pequeño, razón por la cual se predijeron hace un siglo, pero no se detectaron directamente por primera vez hasta 2015 ( Tengo detalles sobre ese primer descubrimiento trascendental y cómo funciona todo esto en un artículo de esa época).
Obra de arte que representa la fusión de una estrella de neutrones (derecha) con un agujero negro (izquierda). Crédito: Carl Knox (OzGrav)
Desde entonces se han visto decenas de eventos, en su mayoría pares de agujeros negros fusionándose, aunque también se han visto dos veces fusiones de estrellas de neutrones. Sin embargo, hasta ahora, no se ha visto nunca que los agujeros negros se coman una estrella de neutrones; de hecho, ¡nunca se ha detectado ningún sistema binario de agujero negro / estrella de neutrones en nuestra galaxia!
Los eventos se detectaron el 5 de enero de 2020 y el 15 de enero de 2020 y se denominan GW200105_162426 y GW200115_042309 respectivamente ( GW para onda gravitacional, y luego los números son para la fecha y hora del día en que se detectaron). El primero (llamémoslo GW200105) era una señal fuerte, pero solo se veía claramente en uno de los tres detectores (un segundo se apagó en ese momento y solo se vio débilmente en el tercero). El segundo (GW200115) se vio en los tres*.
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Cuando una onda gravitacional atraviesa la Tierra, la forma y la fuerza de las ondas nos dicen mucho sobre el sistema que las creó. Ambos eventos fueron estadísticamente significativos (lo que significa que los astrónomos creen que son reales) y en ambos casos las masas de los dos objetos que se fusionaron fueron bastante bajas.
Una estrella de neutrones es increíblemente pequeña y densa, y empaqueta la masa del Sol en una bola de unos pocos kilómetros de diámetro. Esta obra de arte representa uno en comparación con Manhattan. Crédito: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA
Los dos componentes que se fusionaron en GW200105 tenían masas de 8,9 y 1,9 veces la masa del Sol (con incertidumbres de aproximadamente 1,3 y 0,3 veces la masa del Sol, respectivamente). El primer componente está bien dentro del territorio de los agujeros negros: La masa mínima para este tipo de agujero negro, creemos, es aproximadamente 2,8 veces la del Sol. . El segundo, aunque está por debajo de ese límite, por lo que es casi seguro una estrella de neutrones : El increíblemente núcleo denso de una estrella masiva después de que la estrella explotó como una supernova. Una esfera de neutronio (como se llama a esta materia) del tamaño de una bola de chicle pesaría tanto como todos los seres humanos de la Tierra combinados. .
Lo mismo es cierto para el segundo evento, GW 200115: las masas son 5,7 (± 2 más o menos) y 1,5 (± 0,5 más o menos) veces la del Sol. Entonces, nuevamente, claramente un agujero negro y una estrella de neutrones.
Ambos sistemas comenzaron su vida como dos estrellas normales pero masivas orbitando entre sí. Uno era probablemente 20 veces mayor que la masa del Sol. Pasó rápidamente por su combustible nuclear, probablemente en solo unos pocos millones de años. Luego se hinchó hasta convertirse en una estrella supergigante roja (como Antares o Betelgeuse). Era tan grande que probablemente envolvió o casi envolvió a la estrella compañera brevemente, y esa segunda estrella habría extraído mucha masa de la primera estrella, haciéndose más masiva.
La primera estrella luego explotó, formando un agujero negro. Finalmente, la segunda estrella también explotó, formando una estrella de neutrones (o, dependiendo de las masas iniciales y la rapidez con la que una perdió material con la otra, podría haber sido viceversa). De cualquier manera, lo que quedaba era una estrella de neutrones que orbitaba un agujero negro.
Si hubiera una tercera estrella en el sistema, podría haber desequilibrado a las dos, haciéndolas orbitar más juntas. O es posible que durante miles de millones de años los dos emitieran ondas gravitacionales débiles mientras orbitaban, perdiendo energía y girando en espiral lentamente juntos. De cualquier manera, eventualmente se acercaron lo suficiente y BANG. El agujero negro se tragó la estrella de neutrones.
Por cierto, si tiene curiosidad: lo que queda después de este evento es un agujero negro más masivo y más grande. Eso es parte de todo un agujero negro: cae dentro y ahora eres parte del agujero negro.
La energía orbital de tal sistema justo antes de Ese Momento Final es difícil de comprender. Dos objetos que suman varias veces la masa del Sol giran uno alrededor del otro. casi a la velocidad de la luz. Esa energía tiene que ir a alguna parte cuando los dos se fusionan. A donde va es al espaciotiempo tembloroso.
Cuando esto sucede, parte de la masa del sistema se convierte directamente en energía de ondas gravitacionales. Esta es una inmensa cantidad de energía. En estos dos nuevos casos, algo así como la mitad de la masa del Sol se convirtió en energía. Eso sí, esto se hace mediante la ecuación E = mc ^ 2, y la velocidad de la luz al cuadrado es un número muy, muy grande. Los momentos finales duraron solo unos segundos, pero la cantidad de energía creada fue algo así como 1 00 trillones de veces la luminosidad total del Sol (1020) durante la misma cantidad de tiempo.
Sin embargo, era casi seguro que estaba completamente oscuro. No se emitió luz alguna (al menos ningún telescopio vio destellos, y no se esperaba necesariamente ninguno). Toda la energía se convirtió en ondas gravitacionales. Ambos eventos ocurrieron aproximadamente a mil millones de años luz de distancia, y en esa vasta distancia las señales se debilitaron enormemente. Cuando llegaron aquí, apenas eran un susurro. En realidad, para ser honesto, un susurro cerca de los detectores causaría una señal mucho más grande que estos eventos.
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Fusiones como estas son importantes porque realmente no comprendemos completamente cómo se forma un agujero negro y un sistema de estrellas de neutrones, o cómo evoluciona con el tiempo. El solo hecho de ver estos eventos nos dice que estos sistemas binarios existen, un buen comienzo, y también con qué frecuencia ocurren en nuestro volumen local de espacio (de estos, esperaríamos que haya aproximadamente una fusión cada semana en algún lugar dentro de los 2 mil millones de años luz de nosotros). Si se detectan más, ayudará a los astrónomos a descubrir cómo se comportan estos binarios estelares masivos.
¡Lo cual es genial! Siempre y cuando estén lejos. Ese tipo de evento está bien para mí cuando ocurre en otra galaxia. Incluso uno más cercano sería genial, para obtener una mejor señal y poder analizarla mejor. Pero cuando un monstruo cósmico se come a otro, por increíble y genial que sea, descubro que no me importa tener un asiento sangrante.
* En 2019 se detectó un evento similar, donde un agujero negro masivo se fusionó con lo que probablemente sea un agujero negro de muy baja masa. Es posible que el segundo objeto fuera una estrella de neutrones extremadamente masiva, pero bastante improbable.
