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La onda gravitacional más grande jamás observada desafía lo que sabemos sobre agujeros negros

Ilustración para el artículo titulado
Imagen: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics

Los observatorios de ondas gravitacionales LIGO, en Estados Unidos, y Virgo, en Europa, han detectado la onda gravitacional más grande hasta el momento. Una vez más, la señal proviene de la fusión de dos agujeros negros que se han ido acercando en espiral hasta fusionarse, pero su tamaño está tan fuera de lo común que desafía lo que sabemos sobre estos objetos.

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Según un par de estudios publicados en Physical Review Letters y The Astrophysical Journal Letters, uno de los agujeros negros era 1,5 veces más masivo que cualquier otro agujero negro observado en una colisión, si bien el pequeño no se quedaba muy atrás. Estos objetos tenían masas equivalentes a 85 y 66 soles, respectivamente, y dieron como resultado la formación de un agujero negro de 142 masas solares. La onda gravitacional causada por la fusión supuso la primera detección clara de un agujero negro de “masa intermedia”.

Los agujeros negros suelen clasificarse en dos grupos. Por un lado, los de “masa estelar”, que tienen decenas de veces la masa del Sol y son producto de la muerte de estrellas de gran tamaño. Por otro, los agujeros negros “supermasivos”, que tienen cientos de miles, millones o cientos de millones de veces la masa del Sol y se encuentran en el centro de galaxias como la Vía Láctea. Este agujero negro de 142 masas solares se ubicaría entre ambos grupos, lo que ha llevado a los investigadores a identificarlo como un “agujero negro de masa intermedia”.

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La formación de este denso objeto, que ocurrió hace 7000 millones de años, generó ondas gravitacionales que fueron detectadas el 21 de mayo de 2019 por los observatorios gemelos LIGO en Livingston, Louisiana, y Hanford, Washington, y el detector Virgo, ubicado cerca de Pisa, en Italia. A pesar de las proporciones del evento, la señal apenas duró una décima de segundo.

Un escenario sugerido por los investigadores es que el objeto más masivo del sistema binario fuera a su vez el resultado de una fusión previa de agujeros negros, y no una única estrella que colapsó.

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Según el conocimiento actual, las estrellas que pueden formar agujeros negros con masas de entre 65 y 135 soles no colapsan cuando mueren, por lo que no forman agujeros negros. Sin embargo, los investigadores lograron hacer coincidir la onda gravitacional con la señal esperada para la fusión de dos agujeros negros, como predijo la teoría de la relatividad general de Einstein. La misma teoría predice que los sistemas binarios con masas desiguales producirán ondas gravitacionales con armónicos más altos, y eso es lo que los científicos pudieron observar..

Las ondas gravitacionales son las vibraciones que causan los objetos en el espacio-tiempo, como la estela de un barco en un lago. Puesto que la gravedad es una interacción muy débil en comparación con otras interacciones fundamentales del universo, como las ondas electromagnéticas, necesitamos que ocurra un fenómeno de una energía enorme para detectarlo desde la Tierra.

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Las primeras ondas gravitacionales, provenientes de la colisión de dos agujeros negros, fueron detectadas en la madrugada del 14 de septiembre de 2015 y anunciadas en febrero de 2016 junto al sonido que producirían si pudiéramos escucharlas. En 2017 se observaron por primera vez ondas gravitacionales producidas por el choque de dos estrellas de neutrones. En 2019, tras una serie de mejoras en los observatorios LIGO y Virgo, se detectaron ondas gravitacionales de la colisión entre un agujero negro y un objeto misterioso, que puede ser el agujero negro más pequeño o la estrella de neutrones más grande jamás observada.

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