junio 25, 2024

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Agujero negro come estrella de neutrones: primeras ondas gravitacionales de la colisión de una estrella de neutrones con un agujero negro

Cosmic Back-Man: los astrónomos han capturado las primeras señales vagas de ondas gravitacionales desde que una estrella de neutrones chocó con un agujero negro. Estos dos casos fueron detectados en enero de 2020 por LIGO y Virgo Labs. El agujero negro se ha tragado por completo la pequeña estrella de neutrones y puede estar sin la radiación que lo acompaña. La evidencia de tales conflictos mixtos abre la oportunidad de aprender más sobre el origen, desarrollo y resultado de estos pares desiguales.

Desde la primera detección de ondas gravitacionales en 2016, los astrónomos han registrado más de 50 colisiones cósmicas con los detectores LIGO y Virgo. Por lo general, dos agujeros negros de estrellas se fusionan, en algunos casos dos estrellas de neutrones. También se incluyeron combinaciones de dos socios con masas muy desiguales.

LIGO Livingston
Detector LIGO en Livingston, Louisiana: rayos láser en tubos de vacío de dos kilómetros de largo actúan como indicadores de pequeños cambios. © Caltech / MIT / Lego Lab

Sin embargo, lo que falta hasta ahora es una clara evidencia de un gemelo mixto: la colisión de una estrella de neutrones con un agujero negro. A pesar del posible candidato en abril de 2019, la situación de los datos era demasiado débil para tener pruebas claras. Otro evento en junio de 2020 es confuso porque el segundo socio es mucho más fácil para el agujero negro, pero un poco más alto para la estrella de neutrones.

Dos conflictos mixtos seguidos

Ahora, por primera vez, los astrónomos han capturado señales claras de una estrella de neutrones que choca con un agujero negro. En enero de 2020, los detectores LIGO en los Estados Unidos y el inventor virgen en Italia registraron ondas gravitacionales dos veces seguidas de estos gemelos híbridos. “Las ondas gravitacionales no solo nos dicen la estructura de un objeto más ligero, sino que también podemos determinar su masa máxima”, explica Bhushan Cadre del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam.

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Estos análisis muestran que el socio más pequeño en ambas colisiones no puede ser un agujero negro, sino una estrella de neutrones debido a su baja masa. En el evento GW200105 el 5 de enero de 2020, un agujero negro con una masa de 8,9 masas solares y una estrella de neutrones con una masa de 1,9 masas solares chocaron entre sí. La energía de esta colisión emitió ondas gravitacionales que llegaron a la Tierra unos 900 millones de años después.

El segundo evento se registró el 15 de enero. GW200115 proviene de un agujero negro con una masa de 5,7 masas solares y una estrella de neutrones con una masa de 1,5 masas solares, que colisionaron a unos mil millones de años luz de distancia.

¿Tiene alguna radiación?

Debido a que las ondas gravitacionales de esta segunda colisión alcanzaron una buena calidad tanto para los detectores LGO como para el detector Virgo, los astrónomos pudieron determinar al menos la posible ubicación del evento. Usando el triángulo, reduzca su posición a una parte del cielo, que tiene aproximadamente el tamaño de unas 3.000 lunas llenas.

Este posicionamiento aproximado permitió a otros equipos utilizar telescopios para buscar los efectos electromagnéticos de la colisión. Estos estallidos de radiación no suelen estar presentes cuando chocan dos agujeros negros, pero se detectaron después de la fusión de las estrellas de neutrones. Sin embargo, no está claro si serán liberados en un conflicto mixto. Al menos los astrónomos no han encontrado nada con GW200115.

Tragado entero – como back-man

Causa posible: la estrella de neutrones puede haber sido tragada entera por el agujero negro, sin dejar restos radiactivos. “Estos no son agujeros negros que primero van hacia las estrellas de neutrones y arrojan desechos como un monstruo de galletas”, explica Patrick Brady, portavoz de LIGO de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee. “Esta emisión generará radiación, pero no creemos que haya sucedido en esos casos”.

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“En estas colisiones, dos objetos masivos y densos no se unen. Es como un hombre de atrás: el agujero negro se traga por completo a su estrella de neutrones”, dice Susan Scott, coeditora de la Universidad Nacional Australiana.

Muchas preguntas quedan sin respuesta

Los eventos GW200105 y GW200115 muestran claramente que estas colisiones desiguales existen a nivel internacional y que pueden ser detectadas por ondas gravitacionales. Sin embargo, al mismo tiempo, estas colisiones abren nuevas oportunidades para que los astrónomos exploren con más detalle el origen, desarrollo y conclusión de estos pares mixtos. “No sabemos sobre las estrellas de neutrones y los agujeros negros: qué tan pequeños o grandes son, qué tan rápido giran y cómo se combinan”, explica Maya Fishbach de la Universidad Northwestern en Evanston.

Los equipos de LIGO y Virgin están actualizando sus inventores para lograr una sensibilidad aún mayor para la próxima ejecución de seguimiento en 2022. Como tercer miembro del equipo, el detector japonés Kagra ha estado en funcionamiento desde 2020. (Cartas del Journal of Astronomy, doi: 10.3847 / 2041-8213 / c082e)

Quell: Universidad de Wisconsin – Milwaukee, Universidad Northwestern, CNRS, Universidad Nacional Australiana