Buracos negros de "todas as formas e tamaños" no novo catálogo de ondas gravitacionais
A colaboración LIGO, na que participa o Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), centro da USC e da Xunta de Galicia, xunto con Virgo e KAGRA, acaba de actualizar o maior catálogo de colisións de buracos negros e estrelas de neutróns. Dos 35 eventos detectados, 32 son probablemente fusións de buracos negros, é dicir, dous buracos negros que viran un ao redor do outro e finalmente únense, un evento que emite un refacho de ondas gravitacionais.
O devandito catálogo actualiza a lista de todos os eventos de ondas gravitacionais observados ata a data con eventos observados entre novembro de 2019 e marzo de 2020, utilizando tres detectores internacionais: os dous detectores do Observatorio Avanzado de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Láser (LIGO) en Luisiana e o estado de Washington nos Estados Unidos, e o detector avanzado Virgo, en Italia. Os datos destes tres detectores foron coidadosamente analizados por un equipo científico da Colaboración Científica LIGO, a Colaboración Virgo e a Colaboración KAGRA.
Os buracos negros son de distintos tamaños e o máis masivo ten unha masa 90 veces superior á do noso Sol. Varios dos buracos negros resultantes destas fusións superan 100 veces a masa do noso Sol e clasifícanse como buracos negros de masa intermedia. Este tipo de buraco negro foi teorizado durante moito tempo polos astrofísicos. Estas últimas observacións de LIGO-Virgo- KAGRA confirman que esta nova clase de buracos negros é máis común no universo do que se pensaba. Dous dos 35 eventos detectados poderían ser estrelas de neutróns e buracos negros que se fusionan, un evento moito máis raro e que só se descubriu na última serie de observacións de LIGO e Virgo.
Destas raras fusións de estrelas de neutróns e buracos negros, un evento parece mostrar un buraco negro masivo (unhas 33 veces a masa do noso Sol) cunha estrela de neutróns de moi baixa masa (unhas 1,17 veces a masa do noso Sol). Trátase dunha das estrelas de neutróns de menor masa xamais detectadas, xa sexa mediante ondas gravitacionais ou observacións electromagnéticas. As masas dos buracos negros e das estrelas de neutróns son pistas chave para saber como viven as estrelas masivas e como morren nas explosións de supernovas.
“Misterioso zoo de buracos negros”
Juan Calderón Bustillo, investigador ‘La Caixa Junior Leader’ no IGFAE da USC, comenta que “mentres que a primeira ducia de eventos que observamos eran moi similares entre eles, agora estamos a empezar a desentrañar unha importante variedade de fusións de parellas buracos negros: dende fusións moi asimétricas ata outras moi pesadas que dan lugar ao que chamamos buracos negros de masa intermedia. Con todo, fáltanos observar unha gran parte deste misterioso zoo de buracos negros e quen sabe se dalgunha outra sorpresa. Isto requirirá detectores mellorados e algoritmos de procura máis refinados”.
Un dos eventos de ondas gravitacionais do catálogo procedía da fusión de dous obxectos, un dos cales era case con toda seguridade un buraco negro (cunha masa unhas 24 veces a do noso Sol), pero o outro era un buraco negro moi lixeiro ou unha estrela de neutróns moi pesada dunhas 2,8 veces a masa do noso Sol. O máis probable é que se trate dun buraco negro, malia non darse unha seguridade absoluta. Un evento ambiguo similar foi descuberto por LIGO e Virgo en agosto de 2019. A masa do obxecto máis lixeiro é desconcertante, xa que os científicos esperan que o máis masivo que pode ser unha estrela de neutróns antes de colapsar para formar un buraco negro é ao redor de 2,5 veces a masa do noso Sol. Con todo, non se descubriu ningún buraco negro con observacións electromagnéticas con masas inferiores a unhas 5 masas solares. Isto levou aos científicos a teorizar que as estrelas non colapsan para formar buracos negros neste rango. As novas observacións de ondas gravitacionais indican que estas teorías deberían ser sometidas a revisión.
“Enigmas científicos máis amplos”
Thomas Dent, coordinador do programa de investigación sobre ondas gravitacionais da USC no IGFAE, afirma: "Estas recentes deteccións, que inclúen un novo tipo de binaria compacta, son de gran interese astronómico en si mesmas. Ademais, cantas máis fontes de ondas gravitacionais detectemos, mellor poderemos aproveitalas para investigar enigmas científicos máis amplos. Estas cuestións inclúen a taxa de expansión do Universo, a física dos estalidos de raios gamma e como se formaron e evolucionaron os buracos negros e as estrelas de neutróns ao longo da historia cósmica, todo iso abordado en artigos que aparecen simultaneamente co novo catálogo".
Noutro avance significativo desta recente carreira, aos poucos minutos das deteccións iniciais, os astrónomos fixeron un chamamento público a outros observatorios e detectores de todo o mundo. Esta rede de detectores de neutrinos e observatorios electromagnéticos centrouse na zona da que procedían as ondas, para tratar de identificar o evento fonte. Estes sinais electromagnéticos e de neutrinos son raras e moi difíciles de atopar. Poder buscar rapidamente é unha gran vantaxe. Ningunha das ondas gravitacionais anunciadas recentemente ten unha contrapartida.
A contribución española a esta achega está financiada pola Axencia Estatal de Investigación, Ministerio de Ciencia, Innovación e Universidades, a través dos programas AYA e FPN, programas de Excelencia Severo Ochoa e María de Maeztu, programas de financiamento da Unión Europea, Fondos FEDER, Fondo Social Europeo, a Consellería de Fondos Europeos, Universidade e Cultura e a Dirección Xeral de Política Universitaria e Investigación do Goberno das Illas Baleares, Conselleria d’ Innovació, Universitats, Ciència i Societat Dixital da Generalitat Valenciana, programa Preto da Generalitat de Catalunya, a Consellería de Cultura, Educación e Universidade da Xunta de Galicia, e teñen o apoio da Rede Española de Supercomputación (RES).