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Detectan las emisiones asociadas a sendos eventos de colisión entre un agujero negro y una estrella de neutrones.

La colaboración LIGO-Virgo hace público ahora el registro de dos eventos en los que una estrella de neutrones choca contra un agujero negro y es absorbida por este.

A los largo de la corta vida de los interferómetros que detectan ondas gravitacionales procedentes de eventos cataclísmicos se han registrado numerosos eventos en los que chocan y se unen dos agujeros negros. También se ha registrado el famoso evento de la kilonova en el que chocaban y se fusionaban dos estrellas de neutrones, con su emisión de ondas electromagnéticas asociada. Hasta ahora no se había registrado ningún caso de colisión entre una estrella de neutrones y un agujero negro.

«Las ondas gravitacionales nos han permitido detectar colisiones de pares de agujeros negros y pares de estrellas de neutrones, pero la colisión mixta de un agujero negro con una estrella de neutrones ha sido una elusiva pieza que faltaba de la imagen familiar de fusiones de objetos compactos. Completar esta imagen es crucial para restringir la gran cantidad de modelos astrofísicos de formación de objetos compactos y su evolución binaria. Inherentes a estos modelos son sus predicciones de las tasas a las que los agujeros negros y las estrellas de neutrones se fusionan entre sí. Con estas detecciones, finalmente tenemos mediciones de las tasas de fusión en las tres categorías de fusiones binarias compactas», dice Chase Kimball (Northwestern University).

Aunque antes ha habido algunos casos que se podían interpretar en este sentido de fusiones mixtas, las barras de error no permitían afirmar que así fuera. Finalmente la colaboración LIGO-Virgo los descartó como tales. Los eventos que ahora se han hecho públicos se designaron GW200105 y GW200115. El primero se trataría de un agujero nueve veces más masivo que el Sol y una estrella de neutrones de unas 1,9 masas solares. El otro caso sería la fusión entre un agujero seis veces más masivo que el Sol y una estrella de neutrones de 1,5 masas solares. Ambos eventos se registraron el pasado enero con una diferencia de sólo 10 días. Estas colisiones se dieron hace unos 900 y 1000 millones de años respectivamente ya ahora nos han llegado a nosotros ñas ondas gravitacionales asociadas.

En ambos casos se lanzó una alerta internacional para que los telescopios convencionales intentasen captar las posibles ondas electromagnéticas producida estos cataclismos. No se logró ver nada, a diferencia de cuando se logró ver la famosa kilonova.

Todavía se discute cuándo se pueden ver este tipo de emisiones. Descartadas en el caso de colisión entre agujeros negros, se cree que es posible que se dé en las demás. También se ha señalado que las posibilidades de verlo dependan de nuestra orientación respecto al eje en donde se producen chorros de materia.

En estos casos quizás fuera demasiado difícil lograr ver algo, pues cuando el agujero negro y la estrella de neutrones tienen tamaños muy diferentes, como en estos dos casos, el agujero posiblemente engulle la estrella de neutrones sin más y no hay emisión de materia alguna ni de radiación electromagnética.

Por otro lado, una fusión «simétrica» con masas no tan dispares creará una explosión con emisión electromagnética si el agujero negro destroza la estrella de neutrones antes de absorberla. En ese caso la estrella de neutrones puede rodear el agujero negro dentro de una distancia igual a su propio radio, unos 12 o 13 kilómetros. Pero lo cerca que puede girar la estrella de neutrones depende de la masa y el giro del agujero negro. Además, la estrella de neutrones puede girar más cerca si el agujero negro gira más rápido. La teoría predice que un agujero negro de una docena de masas solares que gira lo más rápido posible debería romper la estrella de neutrones y crear una explosión. Un agujero negro que no está girando consumirá toda la estrella de neutrones aunque él sólo pese cinco masas solares.

Es posible que en el futuro se detecten casos de fusiones mistas más simétricos en masa y que se produzca una explosión que emita radiación electromagnética. Es algo que ya veremos si hay suerte, somos pacientes y la teoría es correcta.

Debido a que estos dos eventos son las primeras observaciones fiables de ondas gravitacionales de agujeros negros que se fusionan con estrellas de neutrones, los investigadores podrán a partir de ahora estimar con qué frecuencia ocurren tales eventos en el Universo. Aunque no todos los eventos son detectables, los investigadores esperan que ocurra aproximadamente una fusión de este tipo por mes dentro de una distancia de mil millones de años luz.

Por otro lado, no está claro dónde y cómo se forman estos sistemas binarios. Los astrofísicos identifican tres posibles orígenes: sistemas binarios estelares, entornos estelares densos que incluyen cúmulos estelares jóvenes y los centros de galaxias.

«Ahora hemos visto los primeros ejemplos de agujeros negros fusionándose con estrellas de neutrones, por lo que sabemos que están ahí fuera. Pero todavía hay mucho que no sabemos sobre las estrellas de neutrones y los agujeros negros», dice Maya Fishbach (NASA). Así, por ejemplo, menciona que no se sabe el tamaño que pueden llegar a tener, lo rápido que pueden girar o cómo se emparejan con sus socios de fusión. Espera que con los datos de ondas gravitacionales futuras, se tendrá la estadística necesaria para responder a estas preguntas.

Actualmente, el equipo está preparando los detectores para una cuarta campaña de observación que comenzará en el verano de 2022.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Ilustración: Carl Knox, OzGrav/Swinburne