{"id":6713,"date":"2020-09-02T13:56:55","date_gmt":"2020-09-02T11:56:55","guid":{"rendered":"https:\/\/igfae.usc.es\/~igfae-old\/?p=6713"},"modified":"2021-03-24T15:25:00","modified_gmt":"2021-03-24T13:25:00","slug":"a-colision-de-buracos-negros-mais-masiva-xamais-observada","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/igfae.usc.es\/~igfae-old\/gl\/a-colision-de-buracos-negros-mais-masiva-xamais-observada\/","title":{"rendered":"A colisi\u00f3n de buracos negros m\u00e1is masiva xam\u00e1is observada"},"content":{"rendered":"

LIGO e Virgo anuncian hoxe a detecci\u00f3n dun sistema binario extraordinariamente masivo fusion\u00e1ndose: dous buracos negros de 66 e 85 masas solares, que xeraron un buraco negro final de ao redor de 142 masas solares. O buraco negro remanente \u00e9 o m\u00e1is masivo xamais detectado con ondas gravitacionais. Sit\u00faase nun rango de masas no que un buraco negro non foi observado nunca antes, nin a trav\u00e9s de ondas gravitacionais nin con observaci\u00f3ns electromagn\u00e9ticas, e poder\u00eda axudar a explicar a formaci\u00f3n de buracos negros supermasivos. Ademais, os dous buracos negros iniciais, se xurdiron do colapso de estrelas, sit\u00faanse nun rango de masas no cal a s\u00faa presenza consid\u00e9rase, en teor\u00eda, imposible, e poder\u00eda por tanto axudar a mellorar a nosa comprensi\u00f3n sobre as etapas finais da vida das estrelas masivas.<\/strong><\/p>\n

A comunidade cient\u00edfica das colaboraci\u00f3ns internacionais do detector Advanced Virgo no Observatorio Gravitacional Europeo (EGO, das s\u00faas siglas en ingl\u00e9s), en Italia, e dos dous detectores Advanced LIGO, en EEUU, anunciaron a detecci\u00f3n dun buraco negro de ao redor 142 masas solares, resultado final da fusi\u00f3n de dous buracos negros de 66 e 85 masas solares. Tanto a compo\u00f1ente primaria como o remanente sit\u00faanse nun rango de masas que non foi observado nunca antes, nin a trav\u00e9s de ondas gravitacionais nin con observaci\u00f3ns electromagn\u00e9ticas. O buraco negro final \u00e9 o m\u00e1is masivo xamais detectado con ondas gravitacionais. O evento foi detectado polos tres interfer\u00f3metros da rede global o 21 de maio de 2019. Est\u00edmase que a fonte do sinal, catalogada como GW190521, at\u00f3pase a un 17 mil mill\u00f3ns de anos luz da Terra. Dous artigos cient\u00edficos informando sobre o descubrimento e as s\u00faas implicaci\u00f3ns astrof\u00edsicas foron publicados hoxe en Physical Review Letters<\/em> e Astrophysical Journal Letters<\/em> respectivamente.<\/p>\n

Bater o r\u00e9cord de masa das detecci\u00f3ns nos per\u00edodos de observaci\u00f3n de Virgo e LIGO \u00e9 s\u00f3 una das varias caracter\u00edsticas especiais que fan desta detecci\u00f3n unha fusi\u00f3n excepcional e un descubrimento sen precedentes. Un aspecto crucial, que particularmente chamou a atenci\u00f3n da comunidade astrof\u00edsica, \u00e9 que o remanente pertence \u00e1 clase dos chamados \u201cburacos negros de masa intermedia\u201d (desde unhas cen ata unhas cen mil masas solares). O interese nesta poboaci\u00f3n de buracos negros est\u00e1 relacionado cun dos crebacabezas m\u00e1is fascinantes e complexos da astrof\u00edsica e a cosmolox\u00eda: a orixe dos buracos negros supermasivos. Estes monstros xigantes, de mill\u00f3ns a miles de mill\u00f3ns de veces m\u00e1is masivos que o Sol e a mi\u00fado no centro das galaxias, poder\u00edan xurdir da fusi\u00f3n de buracos negros de masa intermedia \u201cm\u00e1is pequenos\u201d.<\/p>\n

Ata hoxe, moi poucos candidatos a buracos negros de masa intermedia foron identificados unicamente a trav\u00e9s de observaci\u00f3ns electromagn\u00e9ticas e o remanente de GW190521 \u00e9 a primeira observaci\u00f3n dun buraco negro de masa intermedia v\u00eda ondas gravitacionais. \u00c9 dun interese a\u00ednda maior o feito de que esta detecci\u00f3n at\u00f3pese no rango desde 100 a 1.000 masas solares, que representou durante moitos anos unha especie de \u201cdeserto de buracos negros\u201d, debido \u00e1 escaseza de eventos candidatos neste rango.<\/p>\n

\u201cEsta detecci\u00f3n abre a porta para descubrir moitos m\u00e1is posibles efectos astrof\u00edsicos novos\u201d, comenta Thomas Dent<\/strong>, coordinador do programa de ondas gravitacionais no Instituto Galego de F\u00edsica de Altas Enerx\u00edas (IGFAE)<\/strong> e membro da Colaboraci\u00f3n Cient\u00edfica LIGO<\/strong>. \u201cFoi moi complexo interpretar o sinal ao estar no l\u00edmite da nosa capacidade t\u00e9cnica. S\u00f3 teremos unha idea clara de como se formou o sistema que a xerou tras investigaci\u00f3ns adicionais e con detecci\u00f3ns futuras coas que comparar.\u201d<\/p>\n

\u201cEstou moi orgullosa da gran implicaci\u00f3n dos grupos LIGO-Virgo espa\u00f1ois con este novo evento, con toda a actividade desenvolvida ao longo de moitos meses, inclu\u00edndo tarefas de gran responsabilidade, e asexpectativas que este novo descubrimento est\u00e1 a xerar entre os cient\u00edficos de campos af\u00edns\u201d, sinala Alicia Sintes, da Universitat de les Illes Balears (UIB) e membro da Colaboraci\u00f3n Cient\u00edfica LIGO. \u201cEn particular, Thomas Dent (IGFAE) e o galego Juan Calder\u00f3n Bustillo<\/strong> (Universidade Chinesa de Hong Kong, antigo membro da UIB e a piques de incorporarse ao IGFAE como investigador Junior Leader de “la Caixa), foron membros do equipo editorial destes artigos; Sascha Husa e David Keitel, ambos do IAC3- UIB foron revisores internos dos resultados obtidos.\u201d<\/p>\n

As compo\u00f1entes e a din\u00e1mica do sistema binario coalescente GW190521 ofrece extraordinarias perspectivas astrof\u00edsicas. O m\u00e1is masivo dos dous buracos negros fusionados \u00e9 maior que calquera buraco negro observado ata o de agora por LIGO e Virgo e incluso o m\u00e1is lixeiro dos buracos negros figura entre os m\u00e1is masivos observados. En particular, as masas dos buracos negros proxenitores desaf\u00edan os modelos astrof\u00edsicos que describen o colapso das estrelas m\u00e1is masivas, ao final das s\u00faas vidas, a buracos negros. Segundo estes modelos, as estrelas m\u00e1is masivas desestabil\u00edzanse completamente nas explosi\u00f3ns de supernova, debido a un proceso chamado \u201cinestabilidade de pares\u201d, deixando ao seu paso unicamente gas e po c\u00f3smico. Por tanto, a comunidade astrof\u00edsica non esperar\u00eda observar ning\u00fan buraco negro neste rango de masas entre unhas 60 e 120 masas solares: exactamente o rango de masas no que se atopa a compo\u00f1ente m\u00e1is masiva de GW190521. Por isto, esta detecci\u00f3n abre novas perspectivas no estudo das estrelas masivas e os mecanismos das supernovas.<\/p>\n

\u201cVarios escenarios pred\u00edn a formaci\u00f3n de buracos negros no oco na distribuci\u00f3n de masas debido \u00e1 inestabilidade de pares: poder\u00edan ser o resultado da fusi\u00f3n de buracos negros m\u00e1is pequenos ou da colisi\u00f3n de (m\u00faltiples) estrelas masivas, ou mesmo de procesos m\u00e1is ex\u00f3ticos\u201d, engade Michela Mapelli da Universidade de Padova e o INFN, e membro da Colaboraci\u00f3n Virgo. \u201cCon todo, \u00e9 tam\u00e9n posible que te\u00f1amos que revisar a nosa comprensi\u00f3n actual das etapas finais da vida dunha estrela e as restrici\u00f3ns sobre a masa final nos procesos de formaci\u00f3n de buracos negros.\u201d<\/p>\n

De feito, a detecci\u00f3n de GW190521 por parte de Virgo e LIGO subli\u00f1a a existencia de poboaci\u00f3ns de buracos negros que non foron observadas nunca antes ou que son inesperadas e, niso, exp\u00f3n novas e intrigantes preguntas sobre os mecanismos de formaci\u00f3n. A pesar da duraci\u00f3n inusualmente curta do sinal, que limita a nosa capacidade para inferir as propiedades astrof\u00edsicas da fonte, as an\u00e1lises m\u00e1is avanzadas e os modelos dispo\u00f1ibles actualmente suxiren que os buracos negros iniciais ti\u00f1an rotaci\u00f3ns significativas, \u00e9 dicir, rotaban rapidamente.<\/p>\n

\u201cO sinal mostra indicios de precesi\u00f3n, unha rotaci\u00f3n do plano orbital producido por rotaci\u00f3ns de gran magnitude e orientaci\u00f3n particular\u201d, sinala Tito Dal Canton, investigador do CNRS no IJCLab en Orsay (Francia) e membro da Colaboraci\u00f3n Virgo. \u201cO efecto \u00e9 d\u00e9bil e non podemos afirmar que estea presente de maneira categ\u00f3rica, pero, se fose certo, apoiar\u00eda a hip\u00f3tese de que os buracos negros proxenitores xorden e viven en contornas c\u00f3smicas moi inestables e concorridos, como un c\u00famulo estelar denso ou o disco de acreci\u00f3n dun n\u00facleo gal\u00e1ctico activo.\u201d<\/p>\n

Foi necesario combinar todas as diferentes capacidades dos membros das nosas colaboraci\u00f3ns: as melloras instrumentais, o desenvolvemento de modelos num\u00e9ricos, a an\u00e1lise de datos e a interpretaci\u00f3n astrof\u00edsica. \u201cEste evento realmente levounos ata os nosos l\u00edmites: a an\u00e1lise completa deste evento e a s\u00faa exhaustiva revisi\u00f3n polas colaboraci\u00f3ns necesitou dun gran n\u00famero de investigadores durante m\u00e1is de 15 meses! Cabe tam\u00e9n lembrar que a\u00ednda non temos modelos completos deste tipo de sinais: mentres podemos describir efectos de precesi\u00f3n razoablemente ben, os buracos negros en xeral poden presentar tam\u00e9n \u00f3rbitas notablemente exc\u00e9ntricas, orbitando en forma de elipses en lugar de c\u00edrculos cando est\u00e1n afastados entre si. Estamos a traballar para inclu\u00edr este efecto antes de que LIGO e Virgo observen m\u00e1is sinais, coa axuda do supercomputador Mare Nostrum, un dos m\u00e1is r\u00e1pidos computadores en Europa\u201d, sinala Sascha Husa (UIB).<\/p>\n

Varios escenarios diferentes son a\u00ednda compatibles cos resultados mostrados e mesmo non foi descartada a hip\u00f3tese de que os proxenitores da fusi\u00f3n poidan ser buracos negros primordiais. Estimamos realmente que esta fusi\u00f3n produciuse a unha distancia de ao redor 17 mil mill\u00f3ns de anos luz.<\/p>\n

Con respecto \u00e1s detecci\u00f3ns anteriores de ondas gravitacionais, o sinal GW190521 observada ten unha duraci\u00f3n temporal moi curta e \u00e9 moito m\u00e1is dif\u00edcil de analizar. Por mor da natureza m\u00e1is complexa do sinal, outras fontes m\u00e1is ex\u00f3ticas foron tam\u00e9n consideradas, e estas posibilidades est\u00e1n descritas nunha publicaci\u00f3n complementaria. Con todo, son menos probables fronte \u00e1 posibilidade de que a fonte sexa unha fusi\u00f3n dun sistema binario de buracos negros.<\/p>\n

\u201cDebido \u00e1 baixa frecuencia do sinal GW190521, o \u201cgorjeo\u201d previo \u00e1 colisi\u00f3n, caracter\u00edstico das detecci\u00f3ns anteriores, non \u00e9 tan visible nos detectores\u201d, engade Jos\u00e9 Antonio Font, da Universitat de Val\u00e8ncia (UV) e membro da Colaboraci\u00f3n Virgo. \u201cO gorjeo p\u00f3dese reducir de maneira eficiente debido \u00e1 precesi\u00f3n do plano orbital, pero tam\u00e9n hai outras situaci\u00f3ns, quiz\u00e1 menos probables, onde se observa o mesmo efecto, como en colisi\u00f3ns con excentricidade significativa. O traballo conxunto realizado por Nicol\u00e1s Sanchis Gual e Alejandro Torres Forn\u00e9, do grupo Virgo en Valencia, e Juan Calder\u00f3n Bustillo, apoiado en simulaci\u00f3ns num\u00e9ricas e inferencia estat\u00edstica, revela que poder\u00eda haber certa confusi\u00f3n en canto ao tipo de sistema que produciu dita sinal.\u201d<\/p>\n

\u201cA colaboraci\u00f3n entre o dese\u00f1ador gr\u00e1fico valenciano Ra\u00fal Rubio e o grupo Virgo en Valencia fixo posible a produci\u00f3n de material de difusi\u00f3n que ilustra este descubrimento\u201d, apunta Isabel Cordeiro Carri\u00f3n, da UV e membro da Colaboraci\u00f3n Virgo.<\/p>\n

Cinco grupos en Espa\u00f1a est\u00e1n a contribu\u00edr \u00e1 astronom\u00eda de ondas gravitacionais de LIGO-Virgo, en \u00e1reas que van desde o modelado te\u00f3rico das fontes astrof\u00edsicas e a an\u00e1lise dos datos ata a mellora da sensibilidade do detector para os per\u00edodos de observaci\u00f3n actuais e futuros.\u00a0 Dous grupos, na Universitat de les Illes Balears (UIB) e o Instituto Galego de F\u00edsica de Altas Enerx\u00edas (IGFAE) da Universidade de Santiago de Compostela (USC), forman parte da Colaboraci\u00f3n Cient\u00edfica LIGO; mentres que a Universitat de Val\u00e8ncia (UV), o Instituto de Ciencias del Cosmos da Universidade de Barcelona (ICCUB) e o Institut de F\u00edsica d\u2019 Altes Energies (IFAE) de Barcelona son membros de Virgo.<\/p>\n

Informaci\u00f3n adicional sobre os observatorios de ondas gravitacionais:<\/strong><\/p>\n

A Colaboraci\u00f3n Virgo est\u00e1 composta actualmente por uns 580 membros procedentes de 109 instituci\u00f3ns en 13 pa\u00edses diferentes, inclu\u00edndo B\u00e9lxica, Francia, Alema\u00f1a, Grecia, Hungr\u00eda, Irlanda, Italia, os Pa\u00edses Baixos, Polonia, Portugal e Espa\u00f1a. O Observatorio Gravitacional Europeo (EGO, polas s\u00faas siglas en ingl\u00e9s) alberga o detector Virgo preto de Pisa, en Italia, e est\u00e1 financiado polo Centre National da Recherche Scientifique (CNRS) en Francia, o Instituto Nazionale dei Fisica Nucleare (INFN) en Italia, e Nikhef nos Pa\u00edses Baixos. Unha lista dos grupos da Colaboraci\u00f3n Virgo pode atoparse en http:\/\/public.virgo-gw.eu\/the-virgo-collaboration\/<\/a>. M\u00e1is informaci\u00f3n est\u00e1 dispo\u00f1ible na p\u00e1xina web de Virgo: http:\/\/www.virgo-gw.eu<\/a>.<\/p>\n

LIGO foi financiado pola National Science Foundation (NSF) e operado por Caltech e MIT, que concibiron LIGO e lideraron o proxecto. O NSF, xunto con Alema\u00f1a (Sociedade Max-Planck), o Reino Unido (Science and Technology Facilities Council) e Australia (Australian Research Council – OzGrav) lideraron o apoio econ\u00f3mico para o proxecto\u00a0 Advanced LIGO, achegando compromisos e contribuci\u00f3ns significativas ao proxecto. Aproximadamente 1.300 cient\u00edficos de todo o mundo participan nas tarefas da Colaboraci\u00f3n Cient\u00edfica LIGO, que incl\u00fae a Colaboraci\u00f3n GEO. Unha lista dos colaboradores adicionais est\u00e1 dispo\u00f1ible en https:\/\/my.ligo.org\/census.php<\/a>.<\/p>\n

A contribuci\u00f3n espa\u00f1ola est\u00e1 financiada pola Axencia Estatal de Investigaci\u00f3n, Ministerio de Ciencia, Innovaci\u00f3n e Universidades, a trav\u00e9s dos programas AYA e FPN, programas de Excelencia Severo Ochoa e Mar\u00eda de Maeztu, programas de financiamento da Uni\u00f3n Europea, Fondos FEDER, 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\u00a0 Turisme, Conselleria d\u2019Educaci\u00f3, i Universitats do Govern de les Illes Balears, Conselleria d\u2019Innovaci\u00f3, Universitats, Ci\u00e8ncia i\u00a0 Societat Dixital da Generalitat Valenciana a trav\u00e9s dos proxectos PROMETEO, programa Preto da Generalitat de Catalunya, e te\u00f1en o apoio da Rede Espa\u00f1ola de Supercomputaci\u00f3n (RES).<\/p>\n

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

M\u00e1is material pode atoparse nas seguintes p\u00e1xinas:<\/p>\n