Artículo traducido de científico americano. Autor: Shannon Salao.
Hace unos 1.200 millones de años, un par de buracos negros que orbitaban cada año se acercaban más y más, emitiendo temblores de energía gravitacional antes de chocar. Si bien los agujeros negros han estado orbitando de vez en cuando durante miles de millones de años, los científicos del Observatorio Interferométrico de Ondas Gravitacionales (LIGO) solo han capturado los últimos 0,2 segundos del evento. Sin embargo, la evidencia de ondas gravitacionales producidas durante este período de tiempo marca el comienzo de una nueva era en la astrofísica, y los científicos ahora quieren comprender cómo este par y otros como estas órbitas. Los investigadores están lanzando una nueva búsqueda para ubicar exactamente dónde están ocurriendo estas fusiones de buraco negro a través de la construcción de nuevos modelos teóricos y nuevos observatorios en todo el mundo.
Para Astrid Lamberts, astrónoma del Instituto de Tecnología de California, el día comenzó con café. Con fiebre, cuando LIGO anunció su primera detección de ondas gravitacionales, discutió con entusiasmo los detalles del evento con sus colegas. Pero ella tiene una pregunta candente: ¿En qué tipo de galaxia está ocurriendo esta fusión? Lamberts sospecha que la respuesta podría ser las masas pesadas de los dos buracos negros -ambos con unas 30 masas solares- y que probablemente se formarán a partir de la muerte de estrellas de baja metalicidad, es decir, estrellas con menos elementos pesados, llamados metales. (La metalicidad de una estrella cambia en la química, y las estrellas con más metales tienden a expulsar más de su masa cuando mueren, dejando buracos negros con menos masa). Se sabe que las estrellas de bajo contenido en metales activan previamente tanto las pequeñas galaxias cercanas como las grandes galaxias distantes, pero no sabían que tendrían una ventaja en la producción de la señal LIGO. Então Lamberts chaou su colega Philip Hopkins -especialista en evolución galáctica- pero no pudo dar una respuesta fácil. O si no tiene una solución clara, debe profundizar más.
eh eh artículo Publicado recientemente en arXiv y enviado a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, el equipo determinó las características más confiables de la galaxia anfitriona en función de las masas de dos buracos negros individualmente. Un chave vio cuando Lamberts y sus colegas incorporaron un segundo aspecto a su modelo: cuando esas estrellas formaron los buracos negros. «Si se formaron muy recientemente, no tuvieron tiempo de evolucionar a buracos negros y derretirse nuevamente», dice Hopkins. «E se eles se formará más tiempo, eles teram se derretirá mucho antes». En cambio, hay una serie de lugares donde podrían formarse estas estrellas. Además, emparejé cada uno de estos lugares y determiné qué tipos de galaxias continúan teniendo la mayoría de estrellas de baja metalicidad.
No al final del día, Lamberts y sus colegas descubrieron dos posibilidades viables. O las estrellas madre se formaron hace 8-10 mil millones de años y se fusionaron en una galaxia tan pesada como la Vía Láctea, o se formaron hace 5-8 mil millones de años y se fusionaron en un año galáctico, unas 1000 veces menos masivo que la Vía Láctea. . En este momento, el equipo no puede elegir dos escenarios, pero Hopkins sospecha que podrán tomar esa decisión con más detección en el futuro.
Se están construyendo en todo el mundo observatorios de ondas gravitacionales, así como dos detectores gemelos LIGO en Luisiana y Washington, para responder mejor a esta pregunta. Se espera que el detector VIRGO en Italia comience a funcionar a principios de 2017, el detector KAGRA en Japón comenzará las observaciones antes de 2018 y otra réplica del detector LIGO en India comenzará a funcionar antes de 2023. Anunciada en febrero, la segunda colisión de agujeros negros anunciada no a partir de este mes), los científicos podrán identificar las ubicaciones de las fusiones dentro de los 600 grados cuadrados del cielo, un área tan grande que hay decenas de miles de galaxias en las que se encuentra a casi 1.300 millones de años luz. Pero con cinco detectores en línea en todo el mundo, los científicos pueden medir los diferentes tiempos de llegada de las ondas gravitacionales en diferentes observatorios para identificar la ubicación concentrada dentro de unos pocos metros cuadrados bajo las mejores suposiciones, reduciendo ese intervalo en un orden de magnitud.
De manera similar, probablemente haya miles de galaxias candidatas que podrían soportar alguna colisión de buraco negro. Para identificar definitivamente la ubicación de la colisión, es probable que los científicos necesiten detectar una contraparte electromagnética, es decir, un destello de luz, como rayos X, rayos visibles o rayos gamma, que se produce al mismo tiempo que las ondas gravitacionales. Les scientifiques seraient donc capables de chercher le point d’origine de la lumière pour localiser la galaxie hébergeant deux trous noirs (cependant, les scientifiques ne s’attendent pas à ce que la plupart des collisions de trous noirs produisent de la lumière, ils pourraient estar sorprendido). Por este motivo, con cada descubrimiento de ondas gravitacionales, los científicos de LIGO envían inmediatamente coordenadas a decenas de observatorios de todo el mundo para que ellos también puedan buscar una señal. “Uno de los principales objetivos de la comunidad científica de ondas gravitacionales es la capacidad de filtrar datos en tiempo real e identificar rápidamente su ubicación. [concentração] no ceu”, dice el director ejecutivo de LIGO, David Reitze. El astrofísico está particularmente entusiasmado con la forma en que los científicos pueden usar versiones futuras del modelo de Lamberts para segmentar mejor la investigación que lo acompaña. Si los astrónomos descubren la masa de la galaxia anfitriona, por ejemplo, pueden priorizar ciertas galaxias, dice.
Los resultados futuros deberían arrojar luz sobre cómo se formarán las parejas de buracos negros. En ningún momento hay dos teorías principales: una es que las dos estrellas que dieron origen a los buracos negros habrían nacido, vivirían y morirían juntas, siempre girando una alrededor de la otra antes de fusionarse finalmente en buracos negros. De lo contrario, las estrellas paternas no nacieron juntas; Morrerame y buracos negros se volvieron falda uma da outra, así que algo -quizás la atracción gravitatoria de otro objeto- si se alcanza para un abrazo mortal. Determinar qué mecanismo de formación es probable que ayude a identificar la galaxia anfitriona que se está fusionando. Estos eventos se esperan para galaxias que tienen una gran cantidad de cúmulos de estrellas, por ejemplo, donde los impulsos gravitacionales pueden unir fácilmente pares opuestos de buracos negros, o el segundo escenario es más probable. Sin embargo, sé que estos eventos involucrarán galaxias que contienen pocos cúmulos de estrellas, por lo que es más probable que las estrellas se mantuvieran juntas durante toda su vida.
La carrera para descubrir la ubicación y la historia de estos pares de buracos negros es un nuevo y emocionante desafío para muchos científicos que han estado esperando ansiosamente los primeros descubrimientos de ondas gravitacionales de LIGO. «No desertamos, puedo usar una analogía bíblica, durante unos 40 años», dice Reitze. “Literalmente, han pasado 40 años desde que LIGO fue diseñado para hacer detección. Y ahora acabamos de entrar en la tierra prometida. Então, debemos explorar la tierra prometida. Nadie sabe qué tan grande es. Nadie sabe lo que encontraremos. Pero estoy seguro de que será algo emocionante.