Ondas gravitacionales de objeto intermedio
Detectan las ondas gravitacionales producidas por la colisión entre un agujero negro y un objeto con una masa que es intermedia entre la de una estrella de neutrones y la de un agujero negro.
|
La observación de ondas gravitacionales está siendo toda una revolución en Astrofísica. La puesta en marcha de nuevos interferómetros y la mejora de los ya existentes está proporcionando cada día más casos de colisiones de cuerpos. Además, las ondas que emiten estos eventos se registran con mayor precisión.
El último caso interesante en hacerse público ha sido una colisión asimétrica entre un agujero negro y un cuerpo que no se sabe muy bien qué es. Este objeto, con unas 2,6 masas solares, es demasiado pesado para ser una estrella de neutrones y demasiado ligero para ser un agujero negro.
Estamos hablando de objetos muy diferentes en su estructura. Una estrellas de neutrones es como un núcleo gigante con una densidad colosal, pero tiene una superficie y estructura interna. Un agujero negro no es más que una región vacía del espacio que ha sido curvada por su propia gravedad hasta ser un punto.
El nuevo objeto cae dentro de una gama de masas hipotética a la que se ha llamado «mass gap». Esta «zanja de masas» sería un intervalo de masas vacío o «desierto» al que no pertenecería ningún objeto.
Todavía es pronto para afirmar nada al respecto, pues tenemos solamente una estadística de un caso, pero este resultado sugiere que quizás este desierto de objetos no exista o esté mucho menos desierto de lo que se creía. A raíz de este hallazgo algunos físicos creen que, al menos, habrá que repensar esta hipótesis.
Detectar este tipo de eventos es complicado. De entrada, la emisión de ondas gravitatorias no se ve favorecida cuando hay una gran asimetría de masas. Para tener una buena emisión de este tipo con ondas del propio espacio-tiempo lo ideal es tener dos masas enormes iguales rotando muy cerca una de la otra. Si una de las masas es mucho más pequeña la emisión de ondas gravitatorias, que son cuadrupolares, es más débil, pues el sistema se puede aproximar a único objeto con la masa más grande.
Sin embargo, esta vez las circunstancias de observación fueron óptimas y se registraron 10 segundos de ondas gravitacionales en lo que fue la mejor medida hasta la fecha realizada mediante ondas gravitacionales de la velocidad de rotación de un agujero negro.
La detección por parte de la colaboración LIGO-Virgo de este nuevo caso se dio durante la tercera campaña que fue de abril de 2019 a marzo de 2020. En concreto este evento se registró el 14 de agosto de 2019 y consistió en la colisión de un agujero negro de 23 masas solares y este nuevo tipo de objeto de 2,6 masas solares. La colisión se dio a 750 millones de años luz de nosotros.
Aunque el sistema que usa LIGO-Virgo alterna campañas de observación con periodos de actualización de la parte técnica, esta vez el final de la tercera campaña fue precipitado por la pandemia de COVID-19, que forzó el cierre de muchas centros de investigación.
La física nuclear dice que una estrella de neutrones de 2,2 masas solares no puede soportar su propio peso o 2,5 si hay rotación y se llevan los presupuestos al límite posibles. Así que lo más seguro es que este objeto de 2,6 masas solares fuera un agujero negro.
Tanto las estrellas de neutrones como los agujero negros se forman al final de la vida de estrellas masivas que explotan como supernovas de tipo II. Dependiendo de su masa y, por tanto, de la masa del núcleo de la estrella, resulta uno u otro tipo de objeto.
El problema es que es complicado observar un agujero negro de esa masa tan pequeña. Este sería el primero. La estadística que se tiene de este tipo de objetos se obtiene a partir de casos de agujeros negros que forman parte de un sistema binario. Parte de la masa de la estrella compañera puede caer en él y se emite radiación que puede ser analizada. Hasta ahora, todos los casos estudiados de este tipo tienen 5 masas solares o más. Ninguna cae en el «desierto». Los modelos de explosión de supernovas también favorecen la formación agujeros negros con más de 5 masas solares.
Aunque, también es verdad, no hay ninguna ley física que impida que se formen agujeros negros de menos de esa masa. La propia colaboración LIGO-Virgo nos habla de otra manera de obtener agujeros negros de muy baja masa. En 2017 registraron un evento de lo que pudo ser la colisión de dos estrellas de neutrones que habrían dado lugar a un agujero negro de 2,7 masas solares.
Así que este tipo de objetos se podrían formar por la colisión de estrellas de neutrones, o bien cuyas estrellas progenitoras ya formaran un sistema binario o bien que se hayan formado por separado en sitios de alta densidad, como los cúmulos globulares, y se hayan acercado lo suficiente.
Aunque también queda la posibilidad de que se tratara de un objeto más exótico, como una estrella de quarks.
En el futuro, según se sigan registrando este tipo de eventos, se sabrá la abundancia de agujeros negros ligeros o la existencia de objetos exóticos. Más interferómetros se pondrán en marcha y, con un poco de suerte, también se lanzará LISA, que será un interferómetro espacial. Durante todo este tiempo se irá mejorando la estadística existente e iremos comprendiendo mejor el Universo que nos acoge.
Copyleft: atribuir con enlace a https://neofronteras.com
Fuentes y referencias:
Nota en LIGO.
Ilustración: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)
9 Comentarios
RSS feed for comments on this post.
Lo sentimos, esta noticia está ya cerrada a comentarios.
miércoles 8 julio, 2020 @ 11:51 am
Supongo que LISA mejorará mucho la resolución que proporciona la cooperación LIGO-Virgo y de ello espero que tenga carta de existencia de esos objetos intermedios entre AN y EN, porque pienso que necesariamente tienen que existir al darse un lapso. Mi sospecha es porque, durante la formación del AN, que no puede ser instantánea, ha de haber etapas mientras se contrae la masa remanente de la estrella que ha expulsado sus capas exteriores. No sé, pero esa contracción habrá de pasar por una EN que no puedo conocer cuanto durará mientras sus neutrones se aprietan hasta el punto de que en su centro, cuya participación en el total, desconocemos, se forme un núcleo de quarks. Si solo alcanza -más o menos, que no estoy seguro- 2,7 como el ejemplo del artículo, o aproximadamente unas 3 masas solares (no es importante; lo importante es que hay ese lapso), seguirá su proceso de contracción hasta que toda la EN sea de quarks y continuará su acción sobre sí y el espacio circundante para formar un AN, que en su centro tendrá una densidad inimaginable, pero que, con el espacio que le rodea hasta el HdS tendrá la que le corresponda según su carga y momento en fórmulas que podemos encontrar.
Por otra parte está la colisión de dos EN que no superen por separado ese límite máximo de una sola EN, pero que unidos se aproximen a esos 2,7 o 3, sin superarlos. Además creo que hay varios candidatos. Como dice el artículo, no hay ninguna ley física que impida la existencia de esos objetos intermedios.
miércoles 8 julio, 2020 @ 12:58 pm
Especulando a lo grande:
Esos extraños objetos podrián ser conglomerados de ‘strangelets’ (materia extraña). Se supone que las estrellas de quarks pueden tener importantes cantidades de quarks extraños e incluso se ha dicho que esos quarks extraños podrían ser componentes de las EN dada la enomre presión de la gravedad en el interior de las EN. Por otra parte el tamaño de los ‘strangelets’ podría variar desde los fentómetros hasta un tamaño arbitrariamente grande.
Ya digo que esto es una mera especulación y ni yo mismo me lo creo mucho o mejor nada.¡ Pero es que es tan extraño el Universo, que ni siquiera podemos llegar a imaginar lo extraño que es!
jueves 9 julio, 2020 @ 9:24 am
¡Totalmente de acuerdo con tu último párrafo! ¡Piensa en la cantidad de «cosas» que últimamente estamos descubriendo! En cuanto se inventa algún ingenio capaz de detectar algo, nos avasalla con estructuras, entes, variantes, etc. que ni por asomo sospecharíamos.
Puesto que soy muy superior a ti en ignorancia, me agradaría saber si te parece razonable lo que expongo en mi uno. Me parece que sí, por lo que luego dices, pero me gustaría corroborarlo. A mi sí me parece lógico lo que describes, y supongo que, una vez estabilizada la EN -repito «supongo»-, una vez expulsados todos sus entes no bariónicos, el contenido de cuarks en su núcleo dependerá de su tamaño -o masa-. Si es muy pequeña, quizá lo mínimo posible, contendrá muy pocos, y si es muy masiva, quizás ocupen gran parte de ella, aunque imagino que siempre tendrá una costra de neutrones más o menos gruesa. Yo creo que eso podría calcularse por medio de la presión necesaria para que un neutrón se descomponga.
Bueno, ya me dirás. Un abrazo, ahora y aquí, desde esta mañana, con distancia y mascarilla obligatoria.
jueves 9 julio, 2020 @ 11:26 am
Al mirar el tiempo que va a hacer en Cambrils, me acabo de enterar de que una estrella ha desaparecido y puede haberse convertido en un AN directamente. Ello iría contra mi supuesto de un proceso. Como la noticia envía a otra más amplia, la dirección es esta: academic.oup.com/mnras/article/496/2/1902/5863970
jueves 9 julio, 2020 @ 11:29 am
Mejor, porque veo que no sale azul: https://www.tiempo.com/noticias/ciencia/misterio-cosmico-una-estrella-desaparece-repentinamente.html
sábado 11 julio, 2020 @ 12:49 pm
Sobre tu proceso, tomás, no sé que decirte. En primer lugar las ‘estrellas de quarks’ son una mera hipótesis. Se dijo que el remanente de Supernova SN 1987A quizá era un ‘estrella de quarks’.
La masa y el radio de una estrella compacta, sea de neutrones o de quarks, está en función de la ecuación de estado de la materia nuclear a muy altas densidades y esa ecuación relaciona la densidad de energía con la presión. Son cosas díficiles o muy difíciles de calcular. Habrá procesos que desconocemos u otros que quizá sean diferentes a los que tenemos, más o menos, por ciertos.
Que una estrella de neutrones pase a AN a través de una serie de fases o procesos, es algo que se tiene por sabido. Se conocen esos procesos, pero como siemmpre, igual algo está mal.
En cuanto al enlace que mandaste, también me ha sorprendido. No sabía que una estrella pueda colapsar directamente a AN, sin producir una explosión de supernova. Aunque dice esa nota que ‘ no es un proceso desconocido’ lo cierto es que nunca se ha detectado un proceso como ese en el que la estrella muere de esa manera.
Como siempre, tenemos un considerable grado de ignorancia, incluso sobre los procesos de formación estelar.
Lo de tu considerable ignorancia corre pareja con la mía.
Un fuerte abrazo, querido amigo.
domingo 12 julio, 2020 @ 12:57 pm
No, querido amigo: Tú estás mucho más al día que yo, como mínimo, en este tipo de asuntos.
¡Fíjate que si una estrella masiva pudiera no explotar y contraerse, sin más, a una EN o a un pequeño AN! Espero con impaciencia que se resuelva este misterio. Si una supernova puede durar meses, semanas, o solo días, ¿por qué no una hora que sucediese con el Sol iluminando el cielo? Pero, claro, quedarían restos… Pero si se hunde en sí misma y pasa directamente a algo muy, muy denso… ¿Hay alguna ley física que lo impida? ¿No será que o no hay precedentes suficientes? ¿O que los que haya, como dice el artículo, son escasos?
Un abrazo.
domingo 12 julio, 2020 @ 6:34 pm
Yo también espero con impaciencia que se resuelva ese misterio, tomás. Que la estrella pase directamente a algo muy denso, muy denso, no sé que podría ser más denso que una estrella de neutrones. Y de AN los hay de diferentes densidades, los AN supermasivos ¡son menos densos que el agua! los AN medios tienen mayor densidad pero no sé si pueden explicar ese extraño proceso que nos desconcierta, en cuanto a los ‘micro-agujeros negros’ se han teorizado, pero hasta la fecha no se ha encontrado ninguno, se supone que esos sí serían muy, muy densos.
Otro abrazo.
martes 14 julio, 2020 @ 9:53 am
Sí, amigo Lluís. Los AN supermasivos son, en conjunto, menos densos, incluso que el aire, pero ha de suceder que en su centro tengan una densidad inimaginable, aunque yo diría -como creo que no sé si Einstein- que no puede darse una singularidad de densidad infinita, sino que ha de haber algo muy masivo y quizá muy pequeño, pero concreto, material. Y es que pienso que si esa densidad fuese infinita, acabaría absorbiendo a todo el resto de la masa del AN; o sea, tragándose a sí mismo, como el fabuloso Uróboro más que según otro proceso.
Un abrazo-