Habrían detectado la fusión de un agujero negro con una estrella de neutrones

Hace unos 900 millones de años, un agujero negro emitió un enorme eructo que resonó a lo largo y ancho del cosmos. El pasado 14 de agosto, las ondas resultantes del tejido del espacio-tiempo atravesaron la Tierra y nos aportaron las mejores pruebas hasta la fecha de un tipo de colisión cósmica jamás observada que podría aportar nueva información sobre el funcionamiento del universo.

Es probable que la detección, denominada S190814bv, fuera desencadenada por la fusión de un agujero negro y una estrella de neutrones, el cadáver ultradenso de una estrella que ha explotado. Aunque los astrónomos habían previsto la existencia de dichos sistemas binarios, los telescopios con los que estudian el firmamento en diferentes longitudes de onda de luz nunca los habían detectado.

Sin embargo, los astrónomos también suponen que dichos sistemas generarían las denominadas ondas gravitacionales cuando un agujero negro y una estrella de neutrones se fusionaran. La teoría de la relatividad general de Einstein, que sugería que la colisión de dos cuerpos masivos provocaría arrugas en el mismo tejido del universo, predijo la existencia de estas ondas espacio-temporales hace más de un siglo.

Las ondas gravitacionales se detectaron por primera vez en 2015, cuando el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) captó la señal de dos agujeros negros convirtiéndose en uno. Desde entonces, LIGO y su homólogo europeo, el detector Virgo, han detectado más fusiones de agujeros negros, así como la colisión de dos estrellas de neutrones. Tanto LIGO como Virgo detectaron el evento S190814bv y, si se trata de una fusión entre un agujero negro y una estrella de neutrones, sería el tercer tipo de colisión captada mediante ondas gravitacionales.

Aunque los detectores también captaron señales de una fusión entre una estrella de neutrones y un agujero negro el 26 de abril, los investigadores sostienen que el fenómeno S190814bv es mucho más convincente. El evento de abril tiene una probabilidad de una entre siete de ser ruido de la Tierra, y se calcula que las falsas alarmas como la señal de abril aparecen cada 20 meses. Pero casi no hay duda de que S190814bv procede de fuera de nuestro planeta y, para detectar una falsa alarma parecida a S190814bv, el equipo de LIGO estima que habría que esperar más que la edad del universo.

"Es algo mucho más emocionante", afirma Christopher Berry, miembro del equipo de LIGO y físico de la Universidad Northwestern. "Es mucho más probable que sea real y eso significa que vale la pena invertir tiempo y esfuerzo".

Un triturador cósmico

LIGO y Virgo también rastrearon el origen de S190814bv hasta una franja ovalada del firmamento unas 11 veces más ancha que la luna llena, lo que posibilita un seguimiento por telescopio de posibles destellos luminosos. Instrumentos de todo el planeta y en la órbita han detenido sus observaciones habituales programadas para sumarse a la búsqueda y están publicando sus resultados en tiempo real.

"Resulta muy emocionante", afirma Aaron Tohuvavohu, científico de guardia de observación en el telescopio Swift de la NASA, que ha buscado destellos de rayos X y luz ultravioleta en la misma franja en la que se originó la señal de ondas gravitacionales. "Llevo toda la noche sin dormir, pero estoy contentísimo".

Si el Swift y otros telescopio observan el resplandor residual de la colisión detectada por LIGO y Virgo, sería todo un hito para la astronomía, ya que la luz permitiría a los científicos observar las entrañas de una estrella de neutrones por primera vez y quizá incluso probar los límites de la relatividad.

"Eso resultaría fantástico, un sueño para una teórica", afirma Vicky Kalogera, miembro del equipo de LIGO y física de la Universidad Northwestern.

Sin embargo, no hay que dar por hecho que los telescopios vayan a detectar algo. La teoría actual predice que las colisiones entre estrellas de neutrones y agujeros negros no siempre producen luz, dependiendo de la comparación entre las masas de ambos objetos.

Cuanto más iguales sean las masas del agujero negro y la estrella de neutrones, más tardará la estrella en hundirse en el agujero negro. Esto permite que ambos orbiten mucho más cerca el uno del otro, lo que da al agujero negro más oportunidades de destrozar con su gravedad la estrella de neutrones. Antes de que el agujero negro engulla este confeti resplandeciente, puede emitir luz que los telescopios podrían detectar.

Pero si el agujero negro es mucho más masivo que la estrella de neutrones, puede tragarse la estrella entera sin mucho alboroto, es decir, sin emitir luz. Kalogera sostiene que los científicos aún están peinando los datos de S190814bv para establecer los límites de la masa del agujero negro, lo que debería precisar la situación en la que se produjo el evento.

Evaluando la situación

Otra posibilidad más extraña es que el objeto más pequeño de S190814bv no sea una estrella de neutrones.

LIGO y Virgo clasifican las fusiones que observan según las masas estimadas de los objetos en cada colisión. Cualquier cosa por debajo del triple de la masa de nuestro sol se considera una estrella de neutrones. Cualquier cosa superior a cinco veces la masa de nuestro sol se considera un agujero negro. En este caso, se estima que el objeto más pequeño de S190814bv es inferior a tres masas solares.

Aunque en teoría pueden existir agujeros negros menos masivos, las mediciones del cosmos mediante rayos X aún no han detectado señales de su presencia. Del mismo modo, nuestras mejores teorías sobre las estrellas de neutrones apuntan a que, si son superiores a dos masas solares, colapsan y se convierten en agujeros negros. ¿Y si la brecha entre tres y cinco masas solares sencillamente refleja una brecha en nuestras observaciones y el objeto inferior de S190814bv es un agujero negro pequeño?

"En realidad este fenómeno podría desvelarnos dos misterios", afirma Berry. "Cuál es la masa máxima de una estrella de neutrones y cuál es la masa mínima de un agujero negro".

Los detalles de las ondas gravitacionales podrían permitir a los científicos averiguar la identidad del objeto más pequeño de S190814bv. Y si las mediciones posteriores captan un resplandor residual —que, según Kalogera, podría llevar tres semanas— prácticamente confirmaría que el objeto más pequeño es una estrella de neutrones.

Sea cual sea la señal, será una primicia, según Berry: "Es una situación en la que nadie pierde".