Desde que el LIGO descubrió las ondas gravitacionales y fue premiado con el Nobel, mostrándonos esas ondas expansivas que ocurren en el espacio-tiempo, el detector ubicado en EE.UU. ha seguido detectando cientos de señales de agujeros negros en fusión. Tras una década de estudiar las ondas gravitacionales los investigadores creen que buena parte d llos agujeros negros podrían haberse formado a partir de reacciones en cadena en el nivel cósmico.
Un trabajo reciente que se publicó en Physical Review Letters describe un análisis de 155 pares de agujeros negros binarios identificados por el LIGO y sus observatorios hermanos, Virgo en Italia y KAGRA en Japón. Según este estudio casi el 14% de los agujeros negros en fusión podrían ser “agujeros negros de segunda generación”, o agujeros negros que se forman a partir de la fusión de dos agujeros negros más pequeños. Esta historia “jerárquica” es muy distinta a la versión de los libros de texto sobre cómo surgen los agujeros negros por la muerte explosiva de una estrella.
“En el universo se fusionan agujeros negros todo el tiempo”, dijo Cailin Plunkett, autora principal del trabajo, y estudiante de grado del MIT (Massachusetts Institute of Technology), hablando con MIT News. “Ahora estamos viendo una imagen relativamente consistente donde hay un buen porcentaje de agujeros negros que surgen a partir de esas fusiones”.
Rastreando lo invisible
Las ondas gravitacionales que llegan a los detectores ubicados en la Tierra suelen provenir de eventos extremadamente intensos. Con los años, el LIGO ha detectado señales que dejan perplejos a los astrónomos, como sucedió el verano pasado cuando se encontró la más colosal fusión de agujeros negros que se haya detectado. Y como si fuera poco, los agujeros negros que se fusionaron están en una “zona muerta” para los agujeros negros.
La zona hace referencia a un rango de masasm de agueros negros en los que en términos de la física los agujeros negros no pueden formarse por el colapso de estrellas. A partir de estos descubrimientos los astrónomos vieron que se sabía muy poco sobre los agujeros negros, y el desafío es el de investigarlos directamente. En ese sentido se recurrió a la información nueva que aportan las señales gravitacionales que continuamente sigue sumando el LIGO.
“Cada vez es más claro, a partir de eventos individuales y análisis de la población, que en este rango sí existen agujeros negros masivos”, escribieron en su último trabajo los investigadores. “Estas observaciones dan lugar a más investigación de los mecanismos que multiplican la población en esta zona”.
Una impronta poco clara
La investigación más reciente es uno de esos estudios. Durante las fusiones los dos agujeros engros avanzan el uno hacia el otro en espiral, sobre un plano orbital y cuando uno, o ambos, se salen de línea el plano orbital puede cambiar en lo que llamamos precesión, explicaron ante MIT News. El grado en el que se modifica la dirección del disco actúa como parámetro a partir del cual se pueden medir las masas y giros de los aguerjos negros en proceso de fusión.
Una de las señales de las fusiones jerárquicas es que están “inclinadas a un lado”, lo que significa que uno de los dos agujeros negros tiene mayor velocidad y masa que el otro. El equipo creó entonces un modelo analítico para encontrar la precesión producida por estos agujeros negros de segunda generación. Y vieron que alrededor del 14% de los agujeros negros en fusión segían este patrón, en tanto que los agujeros negros de segunda generación que habían identificado tenían un rango de masas muy específico, en torno de 20 o 40 masas solares y más.
Misteriosos orígenes
Es posible que todo eso no suene como algo muy espectacular, aunque demuestra que hay una buena parte d ellos agujeros negros conocidos que siguen este patrón. En cuanto al motivo, el equipo sospecha que las fusiones jerárquicas emergen de entornos estelares de gran densidad. Cuando varias estrellas vecinas mueren y colapsan, formando agujeros negros, la densiad del entorno hace que sea más fácil para esos agujeros negros encontrarse y fusionarse. Eso podría llevar luego a la formación de agujeros negros de segunda generación. En teoría, “esto podría repetirse potencialmente ad infinitum en virtud de que tienes una tonelada de estrellas y agujeros negros en ese entorno realmente denso”, explicó Plunkett.
Sin embargo, el misterio está en que sean agujeros negros en el rango que supera las 40 masas solares, y eso coincide con las “zonas muertas” para las masas de los agujeros negros. Según la teoría de la evolución estelar los agujeros negros nacidos a partir de supernovas no deberían producir agujeros negros con masas solares superiores a 45, según Plunkett.
“Sin embargo hemos visto agujeros negros con masas solares superiores y nos preguntamos de dónde provienen”, señaló.
Por ahora no hay perspectivas de que se encuentre la respuesta a esa pregunta. Sin embargo, hay algo que sí queda en claro: los agujeros negros son mucho más raros y complejos de lo que podríamos haber imaginado jamás.
