Durante años, los astrofísicos han asumido que los sistemas formados por agujeros negros y estrellas de neutrones siguen una evolución relativamente predecible. Con el paso del tiempo, sus órbitas se vuelven cada vez más circulares hasta que finalmente colisionan en una fusión cósmica.
Sin embargo, un nuevo análisis de ondas gravitacionales ha revelado algo inesperado: algunos de estos sistemas pueden chocar siguiendo trayectorias elípticas, lo que desafía uno de los supuestos más arraigados en la física de objetos compactos.
Una colisión cósmica que no sigue las reglas conocidas
El hallazgo fue realizado por un equipo internacional de investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid, la University of Birmingham y el Max Planck Institute for Gravitational Physics. El estudio, publicado en The Astrophysical Journal Letters, analizó datos de un evento de ondas gravitacionales conocido como GW200105.
Este evento corresponde a la fusión entre un agujero negro y una estrella de neutrones, dos de los objetos más extremos del universo. Lo que sorprendió a los científicos fue la geometría orbital del sistema. En lugar de aproximarse en una órbita circular (como predicen los modelos clásicos) los dos objetos se movían en una órbita excéntrica, es decir, ovalada.
Cuando los sistemas binarios no se comportan como se esperaba
La teoría dominante sugiere que cuando dos objetos compactos orbitan entre sí, la emisión continua de ondas gravitacionales provoca que la órbita se vaya estabilizando hasta volverse casi perfectamente circular. Este proceso, conocido como circularización orbital, es una consecuencia directa de la relatividad general.
Sin embargo, el evento detectado muestra que algunos sistemas pueden fusionarse antes de completar ese proceso. Según explicó el investigador Gonzalo Morras, la órbita excéntrica observada sugiere que el sistema pudo haberse formado en un entorno extremadamente dinámico, donde múltiples estrellas interactúan gravitacionalmente. Estos entornos incluyen regiones densas como cúmulos estelares, donde las interacciones entre objetos compactos pueden producir encuentros más caóticos.
Cómo se detectó la órbita ovalada
Para estudiar el evento, los científicos analizaron datos de los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo. Las ondas gravitacionales son pequeñas perturbaciones en el espacio-tiempo que se generan cuando objetos extremadamente masivos se aceleran, como ocurre durante la fusión de agujeros negros o estrellas de neutrones.
El equipo utilizó un nuevo modelo desarrollado en el Instituto de Astronomía de Ondas Gravitacionales de Birmingham, que permitió analizar simultáneamente dos aspectos del sistema:
- La excentricidad de la órbita
- Las oscilaciones producidas por la rotación de los objetos
Esta es la primera vez que ambos efectos se miden conjuntamente en un evento de este tipo.
Lo que cambia este descubrimiento
La fusión resultante produjo un agujero negro con una masa aproximadamente 13 veces mayor que la del Sol. Pero el verdadero impacto del hallazgo no está en la masa final del objeto, sino en lo que revela sobre el origen de estos sistemas.
Si algunos pares de agujero negro y estrella de neutrones nacen en entornos dinámicos donde las órbitas permanecen excéntricas, significa que los modelos actuales de formación de sistemas binarios están incompletos.
Esto abre nuevas preguntas fundamentales:
- ¿Cuántas fusiones ocurren en órbitas elípticas?
- ¿Qué entornos galácticos producen estos sistemas?
- ¿Podrían existir más eventos similares que todavía no hemos identificado?
La detección de ondas gravitacionales está permitiendo responder estas preguntas por primera vez.
Hace apenas una década ni siquiera sabíamos si era posible detectar estas colisiones cósmicas. Hoy, cada nueva señal revela que el universo sigue siendo mucho más complejo (y mucho más interesante) de lo que la teoría había imaginado.
