ONDAS GRAVITACIONALES REVELAN FUSIONES DE NEGRO AGUJERO Y ESTRELLA NEUTRÓN


Los astrónomos han detectado los dos primeros ejemplos convincentes de agujeros negros fusionándose con estrellas de neutrones. Los miembros de las colaboraciones LIGO, Virgo y KAGRA (en adelante LVK) informan de los descubrimientos en las Cartas de la Revista Astrofísica del 1 de julio.

Ilustración de las ondas gravitacionales creadas por una estrella de neutrones y un agujero negro en espiral uno hacia el otro.
Mark Myers (OzGrav / Universidad de Swinburne)

Los científicos detectaron los eventos durante la segunda mitad de la tercera serie de observación de LIGO (llamada O3b), cuyo análisis completo aún está por publicarse. O3b se desarrolló desde noviembre de 2019 hasta finales de marzo de 2020. Los dos eventos de ondas gravitacionales, denominados GW200105 y GW200115, pasaron por los detectores con solo 10 días de diferencia, el 5 de enero de 2020 y el 15 de enero de 2020, respectivamente.

Cada fusión involucró un agujero negro bastante pequeño (menos de 10 soles de peso) emparejado con un objeto entre 1½ y 2 masas solares, justo en el rango esperado para las estrellas de neutrones. Los observadores no captaron el brillo de las colisiones, pero dado que ambos choques ocurrieron aproximadamente a 900 millones de años luz de distancia, detectar un destello era improbable, incluso si ocurriera uno, y probablemente no sucedió: los agujeros negros son lo suficientemente grandes como para que lo hubieran hecho. engulló las estrellas de neutrones enteras en lugar de romperlas en pedazos del tamaño de un bocado.

Los miembros de LVK han informado antes de un posible aplastamiento de una estrella de neutrones y un agujero negro, pero aún no está claro si es solo un error en los datos. Y el verano pasado, también anunciaron una desconcertante colisión que involucró a la estrella de neutrones más masiva o al agujero negro más pequeño conocido. (El jurado aún está deliberando, pero al menos algunos astrónomos se inclinan hacia el agujero negro). Por lo tanto, en términos de nivel de confianza, los dos nuevos eventos marcan el primero en los estudios de ondas gravitacionales.

¿CÓMO SE FORMARON?
El agujero negro involucrado en el evento GW200105 tenía una masa de alrededor de 9 soles y parece haber girado lentamente, tal vez ni siquiera en absoluto. Eso podría indicar que es el núcleo de una estrella colapsada, aunque las observaciones de rayos X de agujeros negros en binarias estelares lo problematizan.

Desafortunadamente, debido a que son de cuatro a cinco veces más masivas que las estrellas de neutrones, los agujeros negros en ambas fusiones ocultan información clara sobre los giros de sus compañeros más pequeños.

Curiosamente, el agujero negro de 6 masas solares de GW200115 puede haber girado al revés con respecto a su órbita inspiradora. Generalmente se espera que los objetos nacidos como binarios se incline menos de 30 ° de sus órbitas entre sí, por lo que el ángulo desenfadado del agujero negro podría significar que se emparejó con la estrella de neutrones después de la formación. Sin embargo, no hay forma de saberlo con certeza, advierte el miembro del equipo Chase Kimball (Northwestern University).

“Los giros desalineados pueden producirse de varias formas”, explica. Es cierto que los objetos que se encontraron tarde en la vida probablemente se inclinarán en todo tipo de direcciones, quizás habiendo cambiado de pareja varias veces mientras las estrellas y sus remanentes bailaban en cuadratura a través de un cúmulo. Pero una estrella también puede golpear a su compañero natal de lado cuando hace supernovas o le arroja gas. “No puedo pensar en un dato que le permita decir definitivamente que una fusión individual entre estrella de neutrones y agujero negro proviene de uno u otro canal de formación”.

Pero lo que importa es el conjunto. Reúna suficientes detecciones de estrella de neutrones-agujero negro, y los astrónomos podrán buscar patrones. Si muchos tienen giros desalineados, eso podría favorecer los emparejamientos tardíos. Los investigadores de LVK ya han realizado un análisis preliminar de este tipo sobre los agujeros negros del último catálogo y han encontrado indicios de que aproximadamente un tercio de los agujeros negros atrapados en colisión eran emparejamientos tardíos.

La combinación de datos de los tres tipos de fusiones (estrellas de neutrones dobles, agujeros negros dobles y binarios de estrellas de neutrones y agujeros negros) será importante. Cualquiera que sea el proceso de formación que produzca la mayor parte de un tipo binario, probablemente producirá muchos del otro tipo. Entonces, una vez que los astrónomos comprendan mejor la frecuencia con la que ocurren los diferentes tipos de fusiones, podrán precisar qué procesos producirían cada tipo de binario a la tasa observada y esbozar una imagen de cómo se formaron probablemente los sistemas en el primero. lugar.

Referencias:

Colaboración científica LIGO, Colaboración Virgo y Colaboración KAGRA. “Observación de ondas gravitacionales de dos coalescencias estrella de neutrones-agujero negro”. Cartas de revistas astrofísicas. Fecha de emisión: 1 de julio de 2021.
Encuentre más información en el comunicado de prensa de Northwestern University.

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