A USC toma parte no descubrimento das fusións esquivas de buracos negros con estrelas de neutróns
Un equipo de científicos no que toma parte a USC a través do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) acaba de confirmar por vez primeira a detección dunha colisión entre un buraco negro e unha estrela de neutróns. De feito, non se detectou un, senón dous eventos deste tipo que se produciron con apenas dez días de diferenza en xaneiro de 2020. Estes eventos extremos “engurraron” o espazo, producindo ondas gravitacionais que tardaron, polo menos, 900 millóns de anos luz ata chegar á Terra. En cada caso, a estrela de neutróns foi probablemente engulida polo seu compañeiro o buraco negro.
As ondas gravitacionais son perturbacións na curvatura do espazo-tempo creadas por obxectos masivos en movemento. Durante os cinco anos transcorridos dende que se mediron por primeira vez, identificáronse máis de 50 sinais de ondas gravitacionais procedentes da fusión de pares de buracos negros e de pares de estrelas de neutróns. Tanto os buracos negros como as estrelas de neutróns son os cadáveres de estrelas masivas, sendo os buracos negros aínda máis masivos que as estrelas de neutróns.
O estudo que acaba de ver a luz en The Astrophysical Journal Letters, anuncia a detección de ondas gravitacionais procedentes de dous raros eventos, cada un dos cales implica a colisión dun buraco negro e unha estrela de neutróns. As ondas gravitacionais foron detectadas polo Observatorio de Ondas Gravitacionais do Interferómetro Láser (LIGO) da National Science Foundation (NSF) en Estados Unidos e polo detector Virgo en Italia. O detector KAGRA, en Xapón, uniuse á rede LIGO-Virgo en 2020, pero non estaba en liña durante estas deteccións.
Décadas de busca
A primeira fusión, detectada o 5 de xaneiro de 2020, involucrou a un buraco negro dunhas 9 veces a masa do sol, ou 9 masas solares, e a unha estrela de neutróns de 1,9 masas solares. A segunda fusión detectouse o 15 de xaneiro e nela participaron un buraco negro de 6 masas solares e unha estrela de neutróns de 1,5 masas solares.
Os astrónomos levan décadas buscando estrelas de neutróns que orbiten ao redor de buracos negros na Vía Láctea. "Con este novo descubrimento de fusións de estrelas de neutróns e buracos negros fóra da nosa galaxia, atopamos o tipo de sistema binario que faltaba. Por fin podemos empezar a entender cantos destes sistemas existen, con que frecuencia se fusionan e por que non vimos aínda exemplos na Vía Láctea", explican os investigadores.
O primeiro dos dous eventos, GW200105, foi observado polos detectores LIGO- Livingston e Virgo. Produciu un forte sinal no detector LIGO pero tivo unha pequena relación sinal-ruído no detector Virgo. O outro detector LIGO, situado en Hanford (Washington), estivo temporalmente fóra de servizo. Dada a natureza das ondas gravitacionais, o equipo deduciu que o sinal foi causada por un buraco negro que chocou cun obxecto compacto de 1,9 masas solares, identificado posteriormente como unha estrela de neutróns. Esta fusión tivo lugar a 900 millóns de anos luz de distancia. Debido a que o sinal foi forte nun só detector, a localización da fusión no ceo segue sendo incerta, situándose nalgún lugar dentro dunha área que é 34.000 veces o tamaño dunha Lúa chea.
Detalles sutís
"Coa nosa sensibilidade actual non podemos identificar realmente os detalles sutís do sinal que nos permiten saber se estamos a presenciar buracos negros ou estrelas de neutróns”, afirma Juan Calderón Bustillo, investigador ‘la Caixa Junior Leader’ no IGFAE da USC. “Isto foi posible no caso de GW170817 porque tamén vimos a contrapartida electromagnética (luz). Con todo, tendo en conta as masas que esperamos que teñan os buracos negros e as estrelas de neutróns, concluímos que os obxectos máis pequenos implicados nestas colisións son probablemente estrelas de neutróns”.
O segundo evento, GW200115, foi detectado tanto polos detectores LIGO como polo detector Virgo. GW200115 procede da fusión dun buraco negro cunha estrela de neutróns de 1,5 masas solares que tivo lugar a uns mil millóns de anos luz da Terra. "Como os tres instrumentos observaron este evento, puidemos excluír con moita máis precisión unha orixe de ruído terrestre: o método de procura PyCBC, desenvolto no IGFAE da USC, descarta unha taxa de falsas alarmas superior a 1 por cada 50.000 anos", explica Thomas Dent, líder do programa de ondas gravitacionais neste centro singular da USC. “Aínda que a rede de tres detectores tamén axuda a acoutar a parte do ceo na que puido producirse o evento, esta zona seguía sendo case 3.000 veces máis grande que a Lúa chea”, engade.
A alerta de ambos os dous eventos saltou pouco despois de que se detectasen os eventos en ondas gravitacionais e posteriormente buscaron no ceo os escintileos de luz asociados, pero non se atopou ningún. Isto non é sorprendente debido á gran distancia á que se atopan estas fusións, o que significa que calquera luz procedente delas, independentemente da lonxitude de onda, sería moi tenue e difícil de detectar mesmo cos telescopios máis potentes. Ademais, é probable que as fusións non emitisen moita luz en ningún caso porque os seus buracos negros eran o suficientemente grandes como para tragarse as estrelas de neutróns enteiras.
Tras observar con seguridade dous exemplos de ondas gravitacionais procedentes de buracos negros que se fusionan con estrelas de neutróns, estímase agora que, nun radio de mil millóns de anos luz da Terra, prodúcese aproximadamente unha fusión deste tipo ao mes.
