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Esta representación muestra una especie de “vampirismo” estelar entre estrellas binarias, algunos de los astros más brillantes e incandescentes del universo.

Esta representación muestra una especie de “vampirismo” estelar entre estrellas binarias, algunos de los astros más brillantes e incandescentes del universo.

Por Eso, M. Kornmesser, S.E. de Mink

La primera detección de ondas gravitacionales –los ecos de una colisión entre dos agujeros negros más de mil millones de años atrás– es el equivalente para un astrónomo a haber encontrado un fósil nunca visto.

Una nueva simulación del universo tiene como objetivo la reconstrucción de ese fósil descifrando en primer lugar el proceso de formación de estos agujeros negros.

Según este modelo, analizado en la revista Nature, los agujeros negros eran parejas de estrellas con una masa exorbitada que orbitaban unas alrededor de otras. Este par de estrellas registraban respectivamente 96 y 60 veces más masa que nuestro Sol y su formación se remonta a aproximadamente 2.000 millones de años después del Big Bang



Este cataclismo desató una serie de ondas expansivas cósmicas que sacudieron toda la geometría del propio espacio-tiempo, hasta finalmente atravesar la Tierra el 14 de septiembre de 2015

La detección de estas ondas ha sido posible gracias a LIGO, el Observatorio de detección de ondas gravitacionales construido por Caltech (Instituto de Tecnología de California) y el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts), y supone la única prueba hasta ahora de la existencia y el colapso de esta pareja de estrellas.

Además de desentrañar la cronología de este acontecimiento histórico, el modelo también demuestra que la fusión de los agujeros negros sería la mayor fuente de ondas gravitacionales para LIGO, superando por mucho a las colisiones entre estrellas de neutrones ultradensas o entre estas y los agujeros negros. 



Más ondas atravesarán la Tierra

La simulación también predice la llegada de más ondas gravitacionales, lo que supone una recompensa para el trabajo de los astrónomos. 

Si los ritmos estimados de colisiones de agujeros negros  son correctos, LIGO podría detectar aproximadamente mil colisiones cada año una vez que alcance una sensibilidad total a estos fenómenos, lo que está previsto para el año 2020. Esto daría a los astrónomos la oportunidad de estudiar poblaciones enteras de agujeros negros antiguos

“Tenemos muchas esperanzas de poder ejercer pronto como paleontólogos de las ondas gravitacionales”, dice Ilya Mandel, astrofísico de la Universidad de Birmingham que no participó en el estudio de Nature. Básicamente, los astrónomos podrán “aprender acerca de la evolución de las estrellas a partir de sus vestigios, de la misma forma que un paleontólogo puede averiguar la apariencia de un dinosaurio cuando estaba vivo a partir de los restos de su esqueleto”.


Una batidora de agujeros negros

El análisis de la detección realizada el 14 de septiembre ayuda a explicar por qué se descubrieron dos agujeros negros de dimensiones nunca vistas

“Nuestro modelo explica que estos eran inicialmente una pareja de estrellas que se encontraban en un inusual rincón del universo”, afirma uno de los autores principales del estudio Richard O’Shaughnessy, del Instituto Tecnológico de Rochester.

Esta especie de bolsa primigenia estaba formada por enormes nubes de hidrógeno y helio –materia estelar inmaculada– que hacían que las estrellas mantuvieran su gran tamaño, muysuperior al de la mayoría que se forman actualmente



Las estrellas más jóvenes están más contaminadas con elementos pesados producidos por las generaciones anteriores, lo que provoca que pierdan masa mucho más rápido. Durante miles de millones de años, esta especie de “desprendimiento” de masa celestial ha limitado el tamaño de los agujeros negros que pueden producir las estrellas al morir, un problema que no tenían las estrellas primigenias. 

A medida que una estrella envejecía dentro de una pareja, se expandía cada vez más, pero aquella de mayor masa agotaba su tiempo de vida más rápidamente y moría “joven”. La estrella más hinchada se convertía en alimento para su hermana pequeña, cuya fuerza gravitacional comenzaba a sustraer gases del exterior de las más grandes. 

Tras 3,9 millones de años extrayendo gases, la estrella más pequeña se convertía en la más grande de la pareja, mientras que su compañera colapsaba sobre sí misma formando un agujero negro con 35 veces más masa que el Sol



Al orbitar en torno a la segunda estrella durante el transcurso de un millón de años, el agujero negro arrancaba gran parte del exterior de esta, envolviéndola en una especie de banco de niebla gaseoso que el agujero negro revolvía en pleno frenesí, como si se tratara de una batidora gravitacional gigante.

El movimiento del agujero negro absorbía energía de su órbita, haciendo que la pareja estuviera cada vez más cerca hasta alcanzar los 64 millones de kilómetros, una distancia similar a la que hay entre Mercurio y el Sol. Al morir la segunda estrella, esta formaba un agujero negro con 31 veces más masa que el Sol.



Una explosión silenciosa 

El resto de la historia es simplemente silencio. Durante 10.000 millones de años, la pareja de agujeros negros orbitaba el uno en torno al otro, liberando energía en forma de minúsculas ondas gravitacionales

Aproximadamente 1.400 millones de años atrás, alcanzaron finalmente una distancia suficientemente próxima para entrar en una espiral mortal y finalmente colisionar, radiando energía por poco tiempo, pero a una velocidad superior a la de todas las estrellas juntas en el universo visible para nosotros.

La mayor explosión del universo tuvo lugar en la total oscuridad y en completo silencio”, explica otro de los autores principales del estudio, Chris Belczynski, de la Universidad de Varsovia.


La segunda opción: materia oscura

Científicos de todo el mundo han alabado el modelo por su rigurosidad y han comenzado a incorporar los resultados del estudio en sus propios trabajos, basándose en una versión preliminar del artículo que se publicó a mediados de febrero. 

Pero el artículo de Nature no es el único que intenta descifrar el origen de los agujeros negros. Otro recientemente publicado en Physical Review Letters explora la atrevida idea de que estos agujeros negros podrían haberse formado durante los instantes previos al Big Bang y que quizá podrían haberse camuflado entre una población de agujeros negros primigenios de escurridiza materia oscura, la hipotética materia invisible de la que se compondría el 27% del universo. 



“En esta fase de la investigación no sabemos si nuestro modelo, que es bastante especulativo, podrá ser finalmente confirmado o descartado mediante más datos”, explica Simeon Bird de la Johns Hopkins University, autor principal del artículo sobre materia oscura.

“El trabajo de Belczynski va mucho más allá: puede ayudarnos a explicar todo tipo de fusiones de agujeros negros. Es mucho menos especulativo y puede hacer predicciones mucho más sólidas, como por ejemplo la órbita de los agujeros negros binarios”.

Mandel, que ha trabajado previamente con los autores del estudio publicado en Nature, encuentra perfectamente plausible la explicación que da el estudio a la unión de los agujeros negros, pero advierte que esta es solo una de las múltiples posibilidades.



Quizá nunca conozcamos el origen de cada fusión de forma individual, a no ser que tengan características extremadamente especiales”, afirma Mandel. “Pero tenemos la esperanza de poder confirmar que existen varias subpoblaciones de agujeros negros que se han formado siguiendo procesos diferentes”, una vez que LIGO recopile más datos en los años venideros.

Belczynski, por ahora, está sorprendido por la recepción de su modelo y por lo mucho que ha significado la detección realizada por LIGO para sus colegas en los últimos meses.

La totalidad de este campo de la ciencia se ha visto rejuvenecido”, dice Belczynski entusiasmado. “Es una locura”.


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