Los científicos han comenzado a desentrañar el origen de una colisión cataclísmica entre dos agujeros negros, que parecen haber encontrado su destino en una trayectoria orbital «aplastada» poco común.
La fusión de dos agujeros negros binarios es una de las pocas detectadas por los detectores del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) en EE. UU. y su homólogo italiano, Virgo, con evidencia de excentricidad detectable: una forma orbital más ovalada que circular cerca del momento de su fusión.
El equipo internacional utilizó simulaciones de tres posibles escenarios de formación para el evento, conocido como GW200208_222617, y concluyó que probablemente se formó en un sistema estelar de tres cuerpos o en otro sistema densamente poblado, como un cúmulo estelar.
Sus hallazgos, presentados en Physical Review D, podrían ayudar a los científicos a perfeccionar sus técnicas para determinar el origen evolutivo de los agujeros negros binarios en el universo observable, revelando más sobre los entornos en los que estos sistemas se encuentran y se fusionan.
La autora principal, la Dra. Isobel Romero-Shaw, quien recientemente se incorporó al Instituto de Exploración de la Gravedad de la Universidad de Cardiff tras realizar la investigación en la Universidad de Bristol y la Universidad de Cambridge, afirmó: «Detectar la excentricidad con precisión es crucial para identificar cómo se forman los agujeros negros binarios que observamos con ondas gravitacionales.
La mayoría de los sistemas binarios que han coexistido durante mucho tiempo tienen órbitas circulares. Si la órbita es aplastada o excéntrica, significa que el sistema binario se unió hace relativamente poco tiempo (quizás los componentes acaban de encontrarse) o que la órbita ha alcanzado una mayor excentricidad debido a interacciones con materia externa, como gas o un tercer objeto.
Al comparar las propiedades de GW200208_222617 con las predicciones de simulaciones de agujeros negros binarios que evolucionan en triples de campo, cúmulos estelares densos y núcleos galácticos activos, descubrimos que es mucho más probable que se haya formado en un triple de campo o un cúmulo denso que en un núcleo galáctico activo». El evento, detectado como parte del tercer ciclo de observación de la Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA, fue identificado por varios grupos que utilizaron diferentes técnicas de análisis como evidencia de excentricidad orbital detectable.
Al observar sus otras propiedades y compararlas con las predicciones de varios canales de formación, el equipo comenzó a determinar cómo se formó probablemente este sistema binario, y por lo tanto, muchos otros en la población detectada.
«La excentricidad es una prueba irrefutable de que un sistema binario no se formó de forma completamente aislada; si evolucionó por sí solo, no conserva una excentricidad detectable al observarlo con nuestros instrumentos actuales», explica la Dra. Romero-Shaw, quien forma parte de la cohorte de 2025 seleccionada para las Becas Ernest Rutherford del Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas.
Si bien aún no podemos identificar con exactitud qué canal produjo esta fusión, confiamos en que, si es efectivamente excéntrica, no se formó de forma aislada. Esto empieza a reducir nuestras opciones. Esto tiene implicaciones para el resto de la población, ya que solo una pequeña fracción de los agujeros negros binarios de cada uno de estos canales será detectablemente excéntrica.
Esto significa que, si se detecta con certeza un único evento excéntrico, es probable que muchos más de los agujeros negros binarios que hemos observado también hayan evolucionado a través del mismo canal de formación. Por ejemplo, si GW200208_222617 se formó en un cúmulo denso, entonces entre el 7 % y el 100 % del resto de la población se formó en un entorno de cúmulo denso.
El equipo espera que su estudio motive a los modeladores de formas de onda gravitacionales a desarrollar modelos más avanzados, de modo que se puedan lograr detecciones más fiables de la excentricidad y se puedan confirmar los orígenes evolutivos de este tipo de agujeros negros binarios.
Con información de Physical Review D
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