Un grupo de investigadores ha estudiado un agujero negro rápido (es decir, con una velocidad de movimiento muy elevada) que resulta tremendamente útil para obtener información sobre la formación de sistemas binarios de agujeros negros y entender mejor sus particularidades…
Estudiar un agujero negro rápido puede ayudar a entender cómo se forman si son suficientemente masivos
Un grupo de investigadores ha identificado un sistema binario de agujeros negros que, probablemente, se formó por captura dinámica y cuya colisión dio lugar a la formación del segundo agujero negro más rápido observado (llamado GW191109). Es decir, fue detectado gracias a las ondas gravitacionales. Uno de los objetos de la astronomía de ondas gravitacionales es, precisamente, entender cómo los agujeros negros y los sistemas binarios (que los contienen) se forman. Los agujeros negros rápidos resultan particularmente interesantes.
Pueden ser expulsados de las galaxias en las que se encuentran, provocan que sean incapaces de unirse a otros agujeros negros y dar lugar a uno más masivo. Su observación puede ayudar a obtener información vital sobre la naturaleza de los agujeros negros masivos y cómo se forman a partir de una serie de fusiones. El análisis era muy complejo. Según cuentan los investigadores, en un portátil personal, hubieran sido necesarios 65 años para completarlo. Con la ayuda de superordenadores, sin embargo, se pudo hacer en apenas una semana.
Esto permitió a los investigadores analizar los conjuntos de datos de ondas gravitacionales producidos por la colaboración de los observatorios de la colaboración LIGO-Virgo-Kagra. El proyecto incluye colaboradores de Australia, Nueva Zelanda y diferentes universidades (Rochester o Nevada). Muchos participaron en un trabajo que se desarrolló a raíz del descubrimiento del primer agujero negro rápido (que se realizó en enero de 2022). De hecho, junto a este estudio, solo se han identificado dos agujeros negros rápidos por ahora.
Un agujero negro rápido que siembra algunas dudas
Este agujero negro rápido se mueve a una tercera parte del primero que descubrió este mismo grupo de investigadores. Aproximadamente, 1,6 millones de kilómetros por hora (Mach 1500). Aunque es muy rápido, quizá no lo sea tanto como para que haya sido expulsado de su entorno. Algo que sí sucedió en el caso del primer agujero negro rápido que estudiaron (y que se conoce como GW200129. Los investigadores también han encontrado pistas de un sistema binario de agujeros negros formado por medio de la captura dinámica.
Esto es diferente al mecanismo de formación de los sistemas estelares binarios, que orbitan en torno a un centro de gravedad común. En los sistemas estelares binarios, las estrellas que sean lo suficientemente masivas terminarán agotando su combustible y morirán en forma de supernova. Tras de sí, dejarán un agujero negro. Si ambas estrellas dejan agujeros negros al final de su vida, forman un sistema binario de agujeros negros. Pero no es el único mecanismo que puede provocar la formación de uno de estos sistemas. También se puede capturar.
Dos agujeros negros, individuales, que estén orbitando en torno al centro de un cúmulo estelar pueden capturarse, y terminar formando un sistema binario. La primera observación de ondas gravitacionales se produjo en 2015, pero desde entonces se han sucedido los hallazgos. Ahora, se está empezando a responder cómo se forman los agujeros negros binarios en la naturaleza. La parte negativa es que estas señales también coinciden con algunos artefactos en los detectores. Es decir, hace falta realizar más observaciones para entender estos sistemas.
Los detectores LIGO proporcionarán más información
Los detectores LIGO están en estos momentos en su cuarta tanda de observación, tras haber pasado por diferentes mejoras para aumentar su sensibilidad. Así que los investigadores esperan poder captar esas señales próximamente. El descubrimiento de un segundo agujero negro rápido es muy interesante, junto a la identificación de un sistema binario estelar que, seguramente, se formó a través de la captura dinámica. El trabajo de los investigadores supone un nuevo capítulo en un campo de lo más intrigante, en el que hay mucho por hacer.
La exploración de este tipo de sistemas, y fenómenos, es posible solo gracias a la llegada de nueva tecnología, que está permitiendo comprender mejor la naturaleza de los agujeros negros en este tipo de sistemas. Los investigadores han llegado a publicar un catálogo de muestras asociadas con su trabajo. En ellas hay 47 detecciones de ondas gravitacionales de agujeros negros, realizadas entre 2015 y 2020. También incluyen diferentes gráficos explicando algunos aspectos del agujero negro detectado en el evento GW200129.
Con la llegada de nuevos detectores de ondas gravitacionales, y las mejoras que han recibido (y recibirán) instalaciones como LIGO o Virgo, habrá multitud de nuevos descubrimientos que realizar. El campo de los agujeros negros es apasionante y las ondas gravitacionales han abierto las puertas a entender mejor sus particularidades. En cuanto a agujeros negros que se muevan a velocidades muy altas, habrá que prestar mucha atención. Es cuestión de tiempo que se descubran más y se intente determinar su posible origen.
Estudio
El estudio es T. Islam, A. Vajpeyi, F. Shaik et al.; «Analysis of GWTC-3 with fully precessing numerical relativity surrogate models». Está disponible para su consulta en arXiv, en este enlace.
Referencias: Phys
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