Las ondas gravitacionales se adentran por fin en el nacimiento de los agujeros negros

La primera detección de la historia de las ondas gravitacionales, anunciada en febrero de 2016, consiguió dos importantes logros. Confirmó que Einstein estaba en lo cierto cuando predijo que el Universo era surcado a la velocidad de la luz por distorsiones del espacio tiempo, e inauguró una nueva era en la Astronomía.

Si a partir de los setenta la detección de rayos X permitió conseguir un nuevo sentido para observar las profundidades del espacio, en los años venideros se espera que las ondas gravitacionales permitan descubrir mucho sobre aquello que no podemos ver bien: por ejemplo los agujeros negros o las etapas tempranas del Big Bang.

En total, las ondas gravitacionales se han detectado en tres ocasiones, lo que ha permitido comprobar que la tecnología es madura. Además, en cuestión de un año o dos, dos nuevos detectores (Virgo y KAGRA) trabajarán a pleno rendimiento en la tarea de cazarlas. Este miércoles, los científicos podrían estar ante el primer descubrimiento de esa nueva era en la Astronomía. Investigadores de la Universidad de Birmingham han usado las ondas gravitacionales detectadas en tres ocasiones, más una cuarta, para sugerir cuál es el origen de los agujeros negros binarios. Tal como han concluido en Nature, su origen parece estar relacionado con el encuentro de agujeros negros formados tras la muerte de estrellas independientes. Además, han explicado que con tan solo diez detecciones en total, se podría concluir con certeza cómo se forman estos objetos.

Los agujeros negros son entidades muy esquivas y difíciles de entender. Se caracterizan porque a partir de un cierto punto de su «superficie», el llamado horizonte de sucesos, toda (o casi toda) la información está atrapada y no sale al exterior. Por eso, solo hay dos propiedades muy sencillas para explicar su comportamiento: se trata del giro o momento angular y de la masa.

Esto se extiende a los sistemas donde dos agujeros negros giran en torno a un centro de gravedad común, unos objetos que se cree que están presentes en el Universo en un número de decenas de millones. En efecto, los investigadores explican su origen a partir del giro y la masa.

El huevo y la gallina

El debate es muy técnico, pero se asemeja a la paradoja del huevo y la gallina: ¿qué va antes? En el caso de los agujeros negros, la pregunta es si dos estrellas que giraban una en torno a la otra se transformaron en agujeros negros, o bien si estrellas independientes, comenzaron a interaccionar después de colapsar y de convertirse en estos misteriosos objetos. Una tercera opción es que los agujeros negros no procedan de la muerte de estrellas, sino que se hayan formado a partir de la acumulación de plasma en las etapas tempranas del Universo.

El equipo de Will Farr, investigador de la Universidad de Birmingham, ha examinado estos escenarios a la luz de las ondas gravitacionales.

Cada una de estas hipótesis tiene varias implicaciones. Si los agujeros provienen de una estrella binaria, en la que sus dos miembros han muerto y colapsado, ambos deberían tener el giro alineado y además girar muy rápido. ¿Qué quiere decir esto? Que en relación con el eje de la órbita entre los dos agujeros, el eje de rotación de los propios cuerpos es perpendicular, tal como se aprecia en la imagen de abajo, a la izquierda. (En el Sistema Solar esto no ocurre en la Tierra, puesto que su eje de rotación está inclinado en comparación con el eje de su órbita en torno al Sol).

Si los agujeros provienen de una estrella binaria, su rotación debería de estar alineada con la órbita (izquierda). A la derecha no aparece este alineamiento, lo que sugiere que el origen es otro- STEINN SIGURÐSSON/NATURE

También podría ocurrir otra cosa: que los agujeros negros se hubieran formado separadamente, en un lugar atestado de estrellas, como puede ser un cúmulo. A la muerte de dos estrellas, las interacciones con los vecinos estelares y su distinto origen conllevarían que su eje de giro no estuviera alineado. En este caso, además, el giro podría ser muy rápido o muy lento.

Tal como ha explicado Steinn Sigurdsson en un artículo que ha acompañado en Nature a la publicación de Farr, hay una tercera opción. Los agujeros negros binarios podrían haberse formado justo después del Big Bang, en concreto en un entorno caliente y dominado por un denso plasma, y no tras la muerte de estrellas. Si esto fuera cierto, los agujeros negros binarios que vemos hoy en día tendrían un giro no alineado y lento.

Will Farr ha investigado todo lo que ha podido sobre el giro y el alineamiento de los agujeros negros binarios para desvelar este misterio y tratar de dilucidar cuál es el escenario más probable. Después de usar las señales de ondas gravitacionales detectadas hasta ahora, (GW150914, GW170104 y GW151226), junto a una última, la candidata a señal LVT151012, Farr ha sugerido que estos objetos giran rápidamente y de forma no alineada, lo que es compatible con la idea de que estos sistemas se formaron a partir de estrellas individuales que colapsaron antes de convertirse en un sistema binario.

El hallazgo no es inequívoco porque hay varios puntos oscuros. Hay incertidumbres en relación con la precisión con la que se ha medido el giro de los agujeros negros, podría ocurirr que los detectados hasta ahora no fueran representativos de la población y además podría haber muchas explicaciones o bien muchos tipos de agujeros negros binarios. En todo caso, los autores consideran que será posible concluir con confianza cuál es el origen de los agujeros negros binarios, o al menos saber cuál es el mecanismo predominante, con tan solo diez nuevas detecciones de ondas gravitacionales procedentes de la fusión de agujeros. La lenta carrera hacia lo desconocido continúa, esta vez «a lomos» de las ondas predichas por Einstein. .

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2017-8-23 22:43

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