Dos agujeros negros se encontraron por casualidad y crearon algo nunca antes visto: ScienceAlert
Las ondas en el espacio-tiempo generadas por la colisión. agujeros negros nos enseñó mucho sobre estos enigmáticos objetos.
Estas ondas gravitacionales codifican información sobre los agujeros negros: sus masas, la forma de su espiral interna entre sí, sus espines y sus orientaciones.
A partir de esto, los científicos han establecido que la mayoría de las colisiones Hemos visto han estado entre agujeros negros en sistemas binarios. Los dos agujeros negros comenzaron como un binario de estrellas masivas que se convirtieron juntas en agujeros negros, luego se convirtieron en una espiral y se fusionaron.
De las aproximadamente 90 fusiones detectadas hasta la fecha, sin embargo, uno se destaca como muy particular. Detectado en mayo de 2019, GW19052 emitió ondas de espacio-tiempo como ningún otro.
«Su morfología y estructura similar a una explosión son muy diferentes de las observaciones anteriores». dice la astrofísica Rossella Gamba de la Universidad de Jena en Alemania.
Ella agrega«GW190521 se analizó inicialmente como la fusión de dos agujeros negros pesados que giran rápidamente y se acercan entre sí a lo largo de órbitas casi circulares, pero sus peculiaridades nos han llevado a proponer otras posibles interpretaciones».
En particular, el corta duración de la onda gravitacional La señal era difícil de explicar.
Las ondas gravitacionales son generadas por fusión real de dos agujeros negros, como las ondulaciones de una roca caída en un estanque. Pero también son generados por la espiral binaria, y la intensa interacción gravitatoria envía ondas más débiles cuando dos agujeros negros se acercan inexorablemente.
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«La forma y la brevedad -menos de una décima de segundo- de la señal asociada al evento nos llevan a plantear la hipótesis de una fusión instantánea entre dos agujeros negros, que se produjo en ausencia de espiral de fase», explica el astrónomo Alessandro Nagar del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia.
Hay más de una manera de terminar con un par de agujeros negros que interactúan gravitacionalmente.
La primera es que los dos habían estado juntos durante mucho tiempo, posiblemente desde que las estrellas bebés se formaron a partir de la misma nube molecular en el espacio.
El otro es cuando dos objetos que se mueven por el espacio se cruzan lo suficientemente cerca como para quedar atrapados gravitacionalmente en lo que se llama un encuentro dinámico.
Esto es lo que Gamba y sus colegas pensaron que podría haber sucedido con GW190521, por lo que diseñaron simulaciones para probar su hipótesis. Destrozaron pares de agujeros negros juntos, ajustando parámetros como la trayectoria, el giro y la masa, para intentar replicar el extraño onda gravitacional señal detectada en 2019.
Sus hallazgos sugieren que los dos agujeros negros no comenzaron como binarios, sino que quedaron atrapados en la red gravitatoria del otro, cruzándose dos veces en un bucle excéntrico y salvaje antes de chocar para formar uno más grande. agujero negro. Y ninguno de los agujeros negros en este escenario estaba girando.
«Al desarrollar modelos precisos utilizando una combinación de métodos analíticos de última generación y simulaciones numéricas, descubrimos que una fusión altamente excéntrica en este caso explica la observación mejor que cualquier otra hipótesis propuesta anteriormente». dice el astrónomo Matteo Breschi de la Universidad de Jena.
«¡La probabilidad de error es 1:4,300!»
Según el equipo, este escenario es más probable en una región del espacio densamente poblada, como un cúmulo estelar, donde tales interacciones gravitatorias son más probables.
Esto sigue a hallazgos previos sobre GW190521. Uno de los agujeros negros de fusión fue medido en alrededor de 85 veces la masa del Sol.
Según nuestros modelos actuales, los agujeros negros de más de 65 masas solares no pueden formarse a partir de una sola estrella; la única forma en que sabemos un agujero negro de esta masa puede formarse a través de fusiones entre dos objetos de menor masa.
El trabajo de Gamba y sus colegas encontró que las masas de los dos agujeros negros en la colisión son de alrededor de 81 y 52 masas solares; esto es ligeramente más bajo que las estimaciones anteriores, pero uno de los agujeros negros todavía está fuera del camino de formación del colapso del núcleo de una sola estrella.
Todavía no está claro si nuestros modelos necesitan ajustes, pero las fusiones jerárquicas, en las que las estructuras más grandes se forman mediante la fusión continua de objetos más pequeños, son más probable en un entorno de clúster con una gran población de objetos densos.
Los encuentros dinámicos entre agujeros negros se consideran bastante raros, y onda gravitacional los datos recopilados por LIGO y Virgo hasta la fecha parecen confirmarlo. Sin embargo, raro no significa imposible, y el nuevo trabajo sugiere que GW190521 puede ser el primero que detectamos.
Y una primera significa que podría haber más en los próximos años. los onda gravitacional Los observatorios se están actualizando y manteniendo actualmente, pero volverán a estar en línea en marzo 2023 para una nueva campaña de observación. Esta vez, los dos detectores de LIGO en los Estados Unidos y el detector de Virgo en Italia se unirán a KAGRA en Japón para obtener aún más poder de observación.
Más detecciones como GW190521 serían increíbles.
La investigación ha sido publicada en astronomía natural.
