Representación artística de dos agujeros negros orbitando uno alrededor del otro antes de fusionarse. Los científicos han resuelto el problema de la fusión de agujeros negros, considerada "imposible". (Imagen: NASA)
Los científicos han resuelto el misterio de una fusión "imposible" entre agujeros negros que fue detectada en 2023 a través de ondulaciones en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales.
La colisión se produjo a unos 7.000 millones de años luz de distancia e implicó el choque de dos agujeros negros que parecían prohibidos debido a sus enormes masas y a la increíble velocidad a la que giraban.
Estos agujeros negros —con masas de 100 y 140 veces la del sol , y girando a casi la velocidad de la luz— no deberían existir según las teorías actuales sobre cómo se forman los "agujeros negros de masa estelar" cuando las estrellas masivas colapsan y explotan como supernovas .
Investigadores del Centro de Astrofísica Computacional (CCA) del Instituto Flatiron en Nueva York abordaron este enigma mediante simulaciones que recrearon la evolución de este sistema a lo largo de la vida de las estrellas progenitoras , hasta su muerte como supernovas. Esto reveló un factor simple que no se había considerado adecuadamente en el proceso anterior: los campos magnéticos.
«Nadie había analizado estos sistemas como lo hicimos nosotros; anteriormente, los astrónomos simplemente tomaban un atajo y pasaban por alto los campos magnéticos», declaró en un comunicado el líder del equipo, Ore Gottlieb, astrofísico del CCA. «Pero una vez que se consideran los campos magnéticos, es posible explicar los orígenes de este fenómeno único».
¿No es tan imposible?
Las ondas gravitacionales de esta colisión de agujeros negros "prohibidos" fueron detectadas por los observatorios terrestres LIGO , Virgo y KAGRA el 23 de noviembre de 2023, como informó Space.com en julio de este año . Al analizar esta señal, denominada GW231123, los astrónomos quedaron inmediatamente perplejos ante la existencia de agujeros negros tan masivos y con una rotación tan rápida.
Esto se debe a que las estrellas que podrían morir dejando tras de sí agujeros negros de masa estelar tan masivos como estos deberían terminar sus vidas con un tipo específico de supernova llamada "supernova de inestabilidad de pares", tan violenta que no queda nada, ni siquiera un agujero negro. "Como resultado de estas supernovas, no esperamos que se formen agujeros negros con masas entre aproximadamente 70 y 140 veces la del Sol", explicó Gottlieb. "Por lo tanto, fue desconcertante observar agujeros negros con masas dentro de este rango".
Los agujeros negros pueden existir dentro de ese intervalo de masa como resultado de una fusión previa entre agujeros negros , pero los investigadores descartaron esta posibilidad para los agujeros negros involucrados en la colisión que envió la señal GW231123 a través del espacio. Esto se debe a que las fusiones alteran la rotación del agujero negro resultante, pero los dos agujeros negros involucrados en esta fusión aún giraban a una velocidad cercana a la de la luz, la velocidad máxima a la que pueden rotar. Por lo tanto, los investigadores concluyeron que algo distinto a las fusiones previas debe explicar las enormes masas de los agujeros negros progenitores.
Gottlieb y sus colegas comenzaron a investigar este mecanismo simulando una estrella gigante con una masa de aproximadamente 250 veces la del Sol, a la que siguieron durante su evolución hasta su muerte como supernova. Descubrieron que, en esta etapa final, la estrella había consumido tanto combustible que se había reducido a 150 masas solares. Esto la dejó lo suficientemente pequeña como para dejar tras de sí un agujero negro tras su explosión como supernova.
El equipo realizó entonces otra simulación más compleja, incorporando los campos magnéticos que influyen en las secuelas de la supernova. Este segundo modelo partía de restos de supernova en forma de nube de material estelar residual entrelazada con campos magnéticos. En el centro de estos restos se encontraba un agujero negro. Antes de esta investigación, los científicos habían asumido que la masa total de este material residual sería consumida por el agujero negro recién formado. En consecuencia, la masa de dicho agujero negro crecería hasta igualar la masa de la estrella progenitora masiva. Sin embargo, las simulaciones del equipo mostraron algo diferente.https://www.space.com/astronomy/black-holes/scientists-solve-the-mystery-of-impossible-merger-of-forbidden-black-holes
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