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Los observatorios de ondas gravitacionales han publicado su último catálogo de colisiones cósmicas, lo que eleva su número total de detecciones a 90. La nueva cosecha de 35 eventos incluye uno con la estrella de neutrones más ligera jamás vista, así como dos choques que involucran agujeros negros sorprendentemente grandes.

Las detecciones provienen de los dos sitios del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO), en Louisiana y el estado de Washington, y su detector hermano, Virgo, en Italia. Se registraron durante 21 semanas de operaciones, a partir del 1 de noviembre de 2019, que acumularon una tasa de detección promedio de un evento cada 4,2 días. Desde entonces, la colaboración se ha ampliado para incluir el detector KAGRA en Japón,que comenzó a hacer observaciones en febrero de 2020. La colaboración LIGO-Virgo-KAGRA describe sus resultados en un artículo publicado en el repositorio de preimpresión arXiv.

Las ondas gravitacionales son ondas en el tejido del espacio-tiempo que se producen cuando grandes masas se aceleran. Al igual que las detecciones reportadas anteriormente por LIGO-Virgo, las últimas se atribuyen a pares de densos restos estelares que se unen en espiral entre sí y se fusionan. La gran mayoría, incluida la primera detección histórica de LIGO en 2015,han involucrado pares de agujeros negros, pero en algunos casos uno o ambos de los objetos eran estrellas de neutrones.

La colaboración inicialmente publicó datos solo sobre detecciones de alta confianza, pero el último catálogo, así como el anterior, publicado en octubre de 2020, incluye cualquier detección que tenga posibilidades mejores que incluso de ser ondas gravitacionales genuinas. El equipo estima que alrededor del 10-15% de los últimos candidatos en el catálogo son falsas alarmas, "causadas por fluctuaciones de ruido instrumental".

Mash de monstruos

A partir de la forma y la frecuencia de las ondas producidas por las fusiones, los investigadores pueden calcular los detalles de una serie de características para los objetos involucrados, incluidas sus masas y su distancia de la Tierra. Los últimos 35 eventos variaron en distancia de aproximadamente 245 millones a más de 2.200 millones de parsecs (800 millones a más de 7.000 millones de años luz) de distancia.

E incluyen algunos monstruos reales: dos eventos involucraron agujeros negros con masas más de 60 veces mayores que las del Sol. Para los astrofísicos, la mera existencia de estos agujeros negros es problemática. Por lo general, se cree que los agujeros negros se forman a partir del colapso de una estrella muy masiva al final de su vida. Pero las teorías prevalecientes predicen que algunas estrellas moribundas deberían explotar en lugar de colapsar, lo que debería dejar una escasez de agujeros negros en el rango de aproximadamente 65-120 masas solares.

Una fusión que LIGO y Virgo recogieron el 21 de mayo de 2019, revelada en el catálogo del año pasado, ya había desafiado esa suposición porque involucraba un agujero negro de 85 masas solares. Ahora que el equipo ha identificado dos eventos atípicos más, parece menos probable que el anterior haya sido una casualidad.

Alessandra Buonanno, astrofísica de LIGO en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, Alemania, dice que una posible explicación es que estos agujeros negros masivos podrían haber surgido como resultado de una fusión anterior, en lugar del colapso de una sola estrella. "Lo que estamos viendo podría ser un binario de segunda generación", dice.

Los observatorios detectaron otro evento intrigante el 19 de diciembre de 2019, que involucró a un agujero negro 30 veces la masa del Sol tragando una minúscula estrella de neutrones. Con solo 1,17 masas solares, es una de las estrellas de neutrones más ligeras conocidas y el objeto de menor masa jamás detectado por LIGO-Virgo. Pero Buonanno advierte que esta fue una de las detecciones de menor confianza, por lo que podría representar ruido de fondo en lugar de un evento genuino.

Reconocimiento de patrones

Otro astrofísico de LIGO, Daniel Holz de la Universidad de Chicago en Illinois, dice que la abundancia de fusiones de agujeros negros se está volviendo lo suficientemente grande como para que los investigadores puedan ver los patrones emergentes. El más llamativo de estos es que las fusiones de agujeros negros tienden a ocurrir con más frecuencia en galaxias que están más lejos de nosotros en el espacio y el tiempo.2.

El resultado es que las fusiones de agujeros negros se han ido volviendo menos comunes a medida que el Universo madura. "Esto es consistente con las expectativas de la teoría", dice Holz. "Hubo más estrellas que se crearon antes en el Universo, y por lo tanto es natural esperar que se crearan más agujeros negros y, por lo tanto, más fusiones de agujeros negros".

LIGO y Virgo cerraron el 27 de marzo de 2020, antes de lo planeado debido a la pandemia de COVID-19, y han estado experimentando importantes mejoras. Se espera que reabran a fines de 2022 para otra serie de observaciones, que junto con KAGRA podría duplicar la recompensa una vez más. Los investigadores esperan que una vez que tengan cientos de eventos para comparar, podrán ver tendencias que apuntan a los orígenes y la historia de los sistemas binarios involucrados en las fusiones, así como la historia del Universo mismo. "Cuando lleguemos al final de eso, va a ser increíble", dice Holz.

Mientras tanto, los astrónomos de todo el mundo todavía esperan una repetición de la fusión de agosto de 2017 de dos estrellas de neutrones, que es el único evento de ondas gravitacionales hasta ahora que también ha sido visto por observatorios convencionales.

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