{"id":6714,"date":"2020-09-02T13:57:06","date_gmt":"2020-09-02T11:57:06","guid":{"rendered":"https:\/\/igfae.usc.es\/igfaedb\/?p=6714"},"modified":"2020-10-16T14:13:04","modified_gmt":"2020-10-16T12:13:04","slug":"la-colision-de-agujeros-negros-mas-masiva-jamas-observada","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/igfae.usc.es\/igfaedb\/es\/la-colision-de-agujeros-negros-mas-masiva-jamas-observada\/","title":{"rendered":"La colisi\u00f3n de agujeros negros m\u00e1s masiva jam\u00e1s observada"},"content":{"rendered":"

LIGO y Virgo han anunciado la detecci\u00f3n de un sistema binario extraordinariamente masivo fusion\u00e1ndose: dos agujeros negros de 66 y 85 masas solares, que generaron un agujero negro final de alrededor de 142 masas solares. El agujero negro remanente es el m\u00e1s masivo jam\u00e1s detectado con ondas gravitacionales. Se sit\u00faa en un rango de masas en el que un agujero negro no ha sido observado nunca antes, ni a trav\u00e9s de ondas gravitacionales ni con observaciones electromagn\u00e9ticas, y podr\u00eda ayudar a explicar la formaci\u00f3n de agujeros negros supermasivos. Adem\u00e1s, los dos agujeros negros iniciales, si surgieron del colapso de estrellas, se sit\u00faan en un rango de masas en el cual su presencia se considera, en teor\u00eda, imposible, y podr\u00eda por tanto ayudar a mejorar nuestra comprensi\u00f3n sobre las etapas finales de la vida de las estrellas masivas.<\/strong><\/p>\n

La comunidad cient\u00edfica de las colaboraciones internacionales tras el detector Advanced Virgo en el Observatorio Gravitacional Europeo (EGO, de sus siglas en ingl\u00e9s), en Italia, y los dos detectores Advanced LIGO, en EEUU, han anunciado la detecci\u00f3n de un agujero negro de alrededor 142 masas solares, resultado final de la fusi\u00f3n de dos agujeros negros de 66 y 85 masas solares. Tanto la componente primaria como el remanente se sit\u00faan en un rango de masas que no ha sido observado nunca antes, ni a trav\u00e9s de ondas gravitacionales ni con observaciones electromagn\u00e9ticas. El agujero negro final es el m\u00e1s masivo jam\u00e1s detectado con ondas gravitacionales. El evento de ondas gravitacionales fue detectado por los tres interfer\u00f3metros de la red global el 21 de mayo de 2019. Se estima que la fuente de la se\u00f1al, catalogada como GW190521, se encuentra a unos 17 mil millones de a\u00f1os luz de la Tierra. Dos art\u00edculos cient\u00edficos informando sobre el descubrimiento y sus implicaciones astrof\u00edsicas han sido publicados hoy en Physical Review Letters<\/em> y Astrophysical Journal Letters<\/em> respectivamente.<\/p>\n

Batir el r\u00e9cord de masa de las detecciones en los per\u00edodos de observaci\u00f3n de Virgo y LIGO es s\u00f3lo una de las varias caracter\u00edsticas especiales que hacen de esta detecci\u00f3n una fusi\u00f3n excepcional y un descubrimiento sin precedentes. Un aspecto crucial, que particularmente llam\u00f3 la atenci\u00f3n de la comunidad astrof\u00edsica, es que el remanente pertenece a la clase de los llamados \u201cagujeros negros de masa intermedia\u201d (desde unas cien hasta unas cien mil masas solares). El inter\u00e9s en esta poblaci\u00f3n de agujeros negros est\u00e1 relacionado con uno de los rompecabezas m\u00e1s fascinantes y complejos de la astrof\u00edsica y la cosmolog\u00eda: el origen de los agujeros negros supermasivos. Estos monstruos gigantes, de millones a miles de millones de veces m\u00e1s masivos que el Sol y a menudo en el centro de las galaxias, podr\u00edan surgir de la fusi\u00f3n de agujeros negros de masa intermedia \u201cm\u00e1s peque\u00f1os\u201d.<\/p>\n

Hasta hoy, muy pocos candidatos a agujeros negros de masa intermedia han sido identificados \u00fanicamente a trav\u00e9s de observaciones electromagn\u00e9ticas y el remanente de GW190521 es la primera observaci\u00f3n de un agujero negro de masa intermedia v\u00eda ondas gravitacionales. Es de un inter\u00e9s a\u00fan mayor el hecho de que esta detecci\u00f3n se encuentre en el rango desde 100 a 1.000 masas solares, que ha representado durante muchos a\u00f1os una especie de \u201cdesierto de agujeros negros\u201d, debido a la escasez de eventos candidatos en este rango.<\/p>\n

\u201cEsta detecci\u00f3n abre la puerta a descubrir muchos m\u00e1s posibles efectos astrof\u00edsicos nuevos\u201d, comenta Thomas Dent<\/strong>, coordinador del programa de ondas gravitacionales en el Instituto Galego de F\u00edsica de Altas Enerx\u00edas (IGFAE)<\/strong> y miembro de la Colaboraci\u00f3n Cient\u00edfica LIGO<\/strong>. \u201cHa sido muy complejo interpretar la se\u00f1al al estar en el l\u00edmite de nuestra capacidad t\u00e9cnica. S\u00f3lo tendremos una idea clara de c\u00f3mo se form\u00f3 el sistema que la gener\u00f3 tras investigaciones adicionales y con detecciones futuras con las que comparar.\u201d<\/p>\n

\u201cEstoy muy orgullosa de la gran implicaci\u00f3n de los grupos LIGO-Virgo espa\u00f1oles con este nuevo evento, con toda la actividad desarrollada a lo largo de muchos meses, incluyendo tareas de gran responsabilidad, y las expectativas que este nuevo descubrimiento est\u00e1 generando entre los cient\u00edficos de campos afines\u201d, se\u00f1ala Alicia Sintes, de la Universitat de les Illes Balears (UIB) y miembro de la Colaboraci\u00f3n Cient\u00edfica LIGO. \u201cEn particular, Thomas Dent (IGFAE) y el gallego Juan Calder\u00f3n Bustillo<\/strong> (Universidad China de Hong Kong, anteriormente miembro de la UIB y a punto de incorporarse al IGFAE como investigador Junior Leader de \u201cla Caixa\u201d), han sido miembros del equipo editorial de estos art\u00edculos; Sascha Husa y David Keitel, ambos del IAC3-UIB han sido revisores internos de los resultados obtenidos.\u201d<\/p>\n

Las componentes y la din\u00e1mica del sistema binario coalescente GW190521 ofrece extraordinarias perspectivas astrof\u00edsicas. El m\u00e1s masivo de los dos agujeros negros fusionados es mayor que cualquier agujero negro observado hasta ahora por LIGO y Virgo e incluso el m\u00e1s ligero de los agujeros negros figura entre los m\u00e1s masivos observados. En particular, las masas de los agujeros negros progenitores desaf\u00edan los modelos astrof\u00edsicos que describen el colapso de las estrellas m\u00e1s masivas, al final de sus vidas, a agujeros negros. Seg\u00fan estos modelos, las estrellas m\u00e1s masivas se desestabilizan completamente en las explosiones de supernova, debido a un proceso llamado \u201cinestabilidad de pares\u201d, dejando a su paso \u00fanicamente gas y polvo c\u00f3smico. Por tanto, la comunidad astrof\u00edsica no esperar\u00eda observar ning\u00fan agujero negro en este rango de masas entre unas 60 y 120 masas solares: exactamente el rango de masas en el que se encuentra la componente m\u00e1s masiva de GW190521. Por esto, esta detecci\u00f3n abre nuevas perspectivas en el estudio de las estrellas masivas y los mecanismos de las supernovas.<\/p>\n

\u201cVarios escenarios predicen la formaci\u00f3n de agujeros negros en el hueco en la distribuci\u00f3n de masas debido a la inestabilidad de pares: podr\u00edan ser el resultado de la fusi\u00f3n de agujeros negros m\u00e1s peque\u00f1os o de la colisi\u00f3n de (m\u00faltiples) estrellas masivas, o incluso de procesos m\u00e1s ex\u00f3ticos\u201d, a\u00f1ade Michela Mapelli de la Universidad de Padova y el INFN, y miembro de la Colaboraci\u00f3n Virgo. \u201cSin embargo, es tambi\u00e9n posible que tengamos que revisar nuestra comprensi\u00f3n actual de las etapas finales de la vida de una estrella y las restricciones sobre la masa final en los procesos de formaci\u00f3n de agujeros negros.\u201d<\/p>\n

De hecho, la detecci\u00f3n de GW190521 por parte de Virgo y LIGO subraya la existencia de poblaciones de agujeros negros que no han sido observadas nunca antes o que son inesperadas y, en ello, plantea nuevas e intrigantes preguntas sobre los mecanismos de formaci\u00f3n. A pesar de la duraci\u00f3n inusualmente corta de la se\u00f1al, que limita nuestra capacidad para inferir las propiedades astrof\u00edsicas de la fuente, los an\u00e1lisis m\u00e1s avanzados y los modelos disponibles actualmente sugieren que los agujeros negros iniciales ten\u00edan rotaciones significativas, es decir, rotaban r\u00e1pidamente.<\/p>\n

\u201cLa se\u00f1al muestra indicios de precesi\u00f3n, una rotaci\u00f3n del plano orbital producido por rotaciones de gran magnitud y orientaci\u00f3n particular\u201d, se\u00f1ala Tito Dal Canton, investigador del CNRS en el IJCLab en Orsay (Francia) y miembro de la Colaboraci\u00f3n Virgo. \u201cEl efecto es d\u00e9bil y no podemos afirmar que est\u00e9 presente de manera categ\u00f3rica, pero, si fuera cierto, apoyar\u00eda la hip\u00f3tesis de que los agujeros negros progenitores surgen y viven en entornos c\u00f3smicos muy inestables y concurridos, como un c\u00famulo estelar denso o el disco de acreci\u00f3n de un n\u00facleo gal\u00e1ctico activo.\u201d<\/p>\n

Ha sido necesario combinar todas las diferentes capacidades de los miembros de nuestras colaboraciones: las mejoras instrumentales, el desarrollo de modelos num\u00e9ricos, el an\u00e1lisis de datos y la interpretaci\u00f3n astrof\u00edsica. \u201cEste evento realmente nos ha llevado hasta nuestros l\u00edmites: el an\u00e1lisis completo de este evento y su exhaustiva revisi\u00f3n por las colaboraciones ha necesitado de un gran n\u00famero de investigadores \u00a1durante m\u00e1s de 15 meses! Cabe tambi\u00e9n recordar que a\u00fan no tenemos modelos completos de este tipo de se\u00f1ales: mientras podemos describir efectos de precesi\u00f3n razonablemente bien, los agujeros negros en general pueden presentar tambi\u00e9n \u00f3rbitas notablemente exc\u00e9ntricas, orbitando en forma de elipses en lugar de c\u00edrculos cuando est\u00e1n alejados entre s\u00ed. Estamos trabajando para incluir este efecto antes de que LIGO y Virgo observen m\u00e1s se\u00f1ales, con la ayuda del supercomputador Mare Nostrum, uno de los m\u00e1s r\u00e1pidos ordenadores en Europa\u201d, se\u00f1ala Sascha Husa (UIB).<\/p>\n

Varios escenarios diferentes son todav\u00eda compatibles con los resultados mostrados e incluso no ha sido descartada la hip\u00f3tesis de que los progenitores de la fusi\u00f3n puedan ser agujeros negros primordiales. Estimamos realmente que esta fusi\u00f3n se produjo a una distancia de alrededor 17 mil millones de a\u00f1os luz.<\/p>\n

Con respecto a las detecciones anteriores de ondas gravitacionales, la se\u00f1al GW190521 observada tiene una duraci\u00f3n temporal muy corta y es mucho m\u00e1s dif\u00edcil de analizar. A causa de la naturaleza m\u00e1s compleja de la se\u00f1al, otras fuentes m\u00e1s ex\u00f3ticas han sido tambi\u00e9n consideradas, y estas posibilidades est\u00e1n descritas en una publicaci\u00f3n complementaria. Sin embargo, son menos probables frente a la posibilidad de que la fuente sea una fusi\u00f3n de un sistema binario de agujeros negros.<\/p>\n

\u201cDebido a la baja frecuencia de la se\u00f1al GW190521, el \u201cgorjeo\u201d previo a la colisi\u00f3n, caracter\u00edstico de las detecciones anteriores, no es tan visible en los detectores\u201d, a\u00f1ade Jos\u00e9 Antonio Font, de la Universitat de Val\u00e8ncia (UV) y miembro de la Colaboraci\u00f3n Virgo. \u201cEl gorjeo se puede reducir de manera eficiente debido a la precesi\u00f3n del plano orbital, pero tambi\u00e9n hay otras situaciones, quiz\u00e1 menos probables, donde se observa el mismo efecto, como en colisiones con excentricidad significativa. El trabajo conjunto realizado por Nicol\u00e1s Sanchis Gual y Alejandro Torres Forn\u00e9, del grupo Virgo en Valencia, y Juan Calder\u00f3n Bustillo, apoyado en simulaciones num\u00e9ricas e inferencia estad\u00edstica, revela que podr\u00eda haber cierta confusi\u00f3n en cuanto al tipo de sistema que ha producido dicha se\u00f1al.\u201d<\/p>\n

\u201cLa colaboraci\u00f3n entre el dise\u00f1ador gr\u00e1fico valenciano Ra\u00fal Rubio y el grupo Virgo en Valencia ha hecho posible la producci\u00f3n de material de difusi\u00f3n que ilustra este descubrimiento\u201d, apunta Isabel Cordero Carri\u00f3n, de la UV y miembro de la Colaboraci\u00f3n Virgo.<\/p>\n

Cinco grupos en Espa\u00f1a est\u00e1n contribuyendo a la astronom\u00eda de ondas gravitacionales de LIGO-Virgo, en \u00e1reas que van desde el modelado te\u00f3rico de las fuentes astrof\u00edsicas y el an\u00e1lisis de los datos hasta la mejora de la sensibilidad del detector para los per\u00edodos de observaci\u00f3n actuales y futuros.\u00a0 Dos grupos, en la Universitat de les Illes Balears (UIB) y el Instituto Galego de F\u00edsica de Altas Enerx\u00edas (IGFAE) de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), forman parte de la Colaboraci\u00f3n Cient\u00edfica LIGO; mientras que la Universitat de Val\u00e8ncia (UV), el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y el Institut de F\u00edsica d\u2019Altes Energies (IFAE) de Barcelona son miembros de Virgo.<\/p>\n

Informaci\u00f3n adicional sobre los observatorios de ondas gravitacionales:<\/strong><\/p>\n

La Colaboraci\u00f3n Virgo est\u00e1 compuesta actualmente por unos 580 miembros procedentes de 109 instituciones en 13 pa\u00edses diferentes, incluyendo B\u00e9lgica, Francia, Alemania, Grecia, Hungr\u00eda, Irlanda, Italia, los Pa\u00edses Bajos, Polonia, Portugal y Espa\u00f1a. El Observatorio Gravitacional Europeo (EGO, por sus siglas en ingl\u00e9s) alberga el detector Virgo cerca de Pisa, en Italia, y est\u00e1 financiado por el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en Francia, el Instituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italia, y Nikhef en los Pa\u00edses Bajos. Una lista de los grupos de la Colaboraci\u00f3n Virgo puede encontrarse en http:\/\/public.virgo-gw.eu\/the-virgo-collaboration\/<\/a>. M\u00e1s informaci\u00f3n est\u00e1 disponible en la p\u00e1gina web de Virgo: http:\/\/www.virgo-gw.eu<\/a>.<\/p>\n

LIGO ha sido financiado por la National Science Foundation (NSF) y operado por Caltech y MIT, que concibieron LIGO y lideraron el proyecto. El NSF, junto con Alemania (Sociedad Max-Planck), el Reino Unido (Science and Technology Facilities Council) y Australia (Australian Research Council – OzGrav) lideraron el apoyo econ\u00f3mico para el proyecto Advanced LIGO, aportando compromisos y contribuciones significativas al proyecto. Aproximadamente 1.300 cient\u00edficos de todo el mundo participan en las tareas de la Colaboraci\u00f3n Cient\u00edfica LIGO, que incluye la Colaboraci\u00f3n GEO. Una lista de los colaboradores adicionales est\u00e1 disponible en https:\/\/my.ligo.org\/census.php<\/a>.<\/p>\n

La contribuci\u00f3n espa\u00f1ola est\u00e1 financiada por la Agencia Estatal de Investigaci\u00f3n, Ministerio de Ciencia, Innovaci\u00f3n y Universidades, a trav\u00e9s de los programas AYA y FPN, programas de Excelencia Severo Ochoa y Mar\u00eda de Maeztu, programas de financiaci\u00f3n de la Uni\u00f3n Europea, Fondo Social Europeo, Programa Operativo FEDER Galicia 2014-2020, Xunta de Galicia, Conselleria de Educacion Universidade e Formacion Profesional, Vicepresid\u00e8ncia i Conselleria d\u2019Innovaci\u00f3, Recerca i Turisme, Conselleria d\u2019Educaci\u00f3, i Universitats del Govern de les Illes Balears, Conselleria d\u2019Innovaci\u00f3, Universitats, Ci\u00e8ncia i Societat Digital de la Generalitat Valenciana a trav\u00e9s de los proyectos PROMETEO, programa CERCA de la Generalitat de Catalunya, y tienen el apoyo de la Red Espa\u00f1ola de Supercomputaci\u00f3n (RES).<\/p>\n

Contenido multimedia<\/strong><\/p>\n

M\u00e1s material puede encontrarse en las siguientes p\u00e1ginas:<\/p>\n