Detectan por tercera vez ondas gravitacionales y un nuevo agujero negro de 49 veces el tamaño del Sol

El agujero negro recién descubierto, formado por la fusión, tiene una masa de cerca de 49 veces el Sol. Esto llena el hueco entre las masas de los dos agujeros negros previamente unidos detectados por LIGO, con masas solares de 62 (primera detección) y 21 (segunda detección).

Esta tercera detección, denominada GW170104, se produjo el 4 de enero de 2017. La primera observación de ondas gravitacionales de LIGO tuvo lugar en septiembre del 2015, durante su primera observación, mientras que la segunda se produjo en diciembre de 2015.

"Tenemos confirmación de la existencia de agujeros negros de masa estelar que son más grandes que 20 masas solares. Estos son objetos que no sabíamos que existían antes de que LIGO las detectara", dice David Shoemaker, del MIT, portavoz de la Colaboración Científica LIGO (LSC), formada por más de 1.000 científicos internacionales que trabaja en colaboración con el proyecto europeo Virgo.

"Es notable que los humanos pueden unir una historia y probarla para este tipo de eventos extraños y extremos que tuvieron lugar hace miles de millones de años y a miles de millones de años luz de la Tierra. Las colaboraciones científicas LIGO y Virgo han trabajado para unir todas las piezas", afirma Shoemaker.

La nueva detección se produjo durante el funcionamiento actual de la observación de LIGO, que comenzó el 30 de noviembre de, 2016, y continuará hasta el verano. Las observaciones son llevadas a cabo por unos detectores dobles --uno en Hanford, Washington, y el otro en Livingston, Louisiana--, que son operados por Caltech y el MIT con fondos de la National Science Foundation (NSF).

En las tres detecciones, cada uno de los detectores captaron ondas gravitacionales a partir de las fusiones tremendamente energéticas de pares de agujeros negros. Estas son colisiones que producen más energía que irradia como luz por todas las estrellas y galaxias en el Universo en un momento dado.

Este tercer hallazgo parece ser la detección más lejana de las tres, con los agujeros negros situados a unos tres miles de millones de años luz. Los agujeros negros en la primera y segunda detecciones se encuentran, respectivamente, a 1,3 y 1,4 miles de millones de años luz de distancia.

La nueva observación también proporciona pistas sobre las direcciones en las que los agujeros negros giran. A medida que pares de agujeros negros giran uno alrededor del otro en espiral, también giran sobre sus propios ejes. A veces, los agujeros negros giran en la misma dirección orbital general cuando el par se está moviendo --lo que astrónomos se refieren a giros alineados--. Y a veces giran en dirección opuesta al movimiento orbital. Además, los agujeros negros pueden alinearse lejos del plano orbital. En esencia, los agujeros negros pueden girar en cualquier dirección.

Los nuevos datos de LIGO no pueden determinar si los agujeros negros recientemente observados fueron alineados, pero dan a entender que, al menos, uno de los agujeros negros podría no haberlo sido si se compara con el movimiento orbital general. Se necesitan más observaciones para decir algo definitivo acerca de los giros de los agujeros negros binarios, pero estos datos recientes ofrecen pistas de cómo se podrían haber formado estos pares.

"Esta es la primera vez que tenemos evidencias de que los agujeros negros pueden no estar alineados, dándonos un pequeño indicio de que los agujeros negros binarios se pueden formar en cúmulos estelares densos", señala Bangalore Sathyaprakash, de Penn State y la Universidad de Cardiff, uno de los editores del nuevo estudio.

DOS MODELOS PRINCIPALES SOBRE SU FORMACIÓN

Hay dos modelos principales para explicar cómo se formaron pares binarios de agujeros negros. El primer modelo propone que los agujeros negros nacen juntos: se forman cuando cada estrella, de un par, estalla, y luego, debido al giro alineado de las estrellas originales, los agujeros negros permanecen alineados.

En el otro modelo, los agujeros negros se unen más tarde en cúmulos estelares. Se emparejan después de hundirse el centro de un cúmulo de estrella. En este escenario, los agujeros negros pueden girar en cualquier dirección con respecto a su movimiento orbital. Precisamente, LIGO ve evidencia de que GW170104 no están alineados, lo que significa que estos datos se inclinan ligeramente a favor de esta teoría de cúmulos estelares.

El estudio confirma nuevamente las teorías de Albert Einstein. Por ejemplo, los investigadores buscaron un efecto llamado dispersión que ocurre cuando las ondas de luz en un medio físico --como un vaso-- viajan a diferentes velocidades dependiendo de su longitud de onda; así es como un prisma forma un arco iris. La teoría general de la relatividad de Einstein prohíbe la dispersión de que suceda en las ondas gravitacionales, ya que se propagan desde su fuente a la Tierra, pero LIGO no encontró evidencia de este efecto.

"Parece que Einstein tenía razón, incluso para este nuevo evento, que está aproximadamente dos veces más lejos que nuestra primera detección", opina Laura Cadonati, de Georgia Tech, portavoz adjunta de la LSC. "No podemos ver ninguna desviación de las predicciones de la relatividad general, y esta distancia nos ayuda a hacer esa declaración con más confianza", añade.

"Los instrumentos de LIGO han alcanzado sensibilidades impresionantes", ha dicho por su parte Jo van den Brand, físico del Instituto Nacional Holandés para la Física Subatómica (Nikhef) y profesor de la Universidad VU en Amsterdam. "Esperamos que este verano Virgo, el interferómetro europeo, amplíe la red de detectores, ayudándonos a localizar mejores señales", afirma.

El equipo de LIGO-Virgo sigue buscando los últimos datos de señales de ondas de espacio-tiempo del lejano cosmos. También están trabajando en mejoras técnicas para la siguiente observación de LIGO, programada para que se inicie a finales de 2018.

"Con la tercera detección confirmada de ondas gravitacionales de la colisión de dos agujeros negros, LIGO se está consolidando como un observatorio de gran alcance para revelar el lado oscuro del universo", declara el director ejecutivo del Laboratorio LIGO, David Reitze, de Caltech. "Mientras LIGO es especialmente adecuado para la observación de este tipo de eventos, esperamos ver otro tipo de eventos astrofísicos pronto, como la violenta colisión de dos estrellas de neutrones", concluye Reitze.