La astronomía de ondas gravitacionales podría haber efectuado el primer avistamiento de un agujero negro devorando una estrella de neutrones. Si se confirmase, se trataría del primer indicio de la existencia de sistemas binarios de tales características. La noticia llegó un día después de la detección de la fusión de dos estrellas de neutrones, el segundo evento de ese tipo jamás observado.
A las 15:22:17 UTC del 26 de abril, los detectores gemelos del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO), en Estados Unidos, y el experimento Virgo, en Italia, refirieron la detección simultánea de ondas de un tipo inusual. Los astrónomos aún están analizando los datos y realizando simulaciones por ordenador para interpretarlos.
A pesar de ello, los investigadores consideran la tentadora perspectiva de que se trate de una detección largamente esperada y que podría traer consigo una enorme cantidad de información, desde pruebas precisas de la teoría general de la relatividad hasta un nuevo método para medir la esquiva tasa de expansión del Universo. Al mismo tiempo, astrónomos de todo el mundo ya se han apresurado para intentar observar el evento mediante telescopios tradicionales en distintas longitudes de onda.
«Creo que la clasificación [del evento] se inclina hacia la fusión de un agujero negro y una estrella de neutrones», apunta Chad Hanna, miembro sénior del equipo de análisis de datos de LIGO y físico de la Universidad Estatal de Pensilvania. Pero la señal no ha sido especialmente intensa, por lo que también podría tratarse de un falso positivo. «Creo que hay motivos para emocionarse, pero también para ser conscientes de que la significancia [estadística] es mucho menor [que en otras ocasiones]», añade el investigador.
Hasta ahora, LIGO y Virgo habían observado las ondas gravitacionales procedentes de dos tipos de cataclismos: varias fusiones de agujeros negros y una de estrellas de neutrones. Las estrellas de neutrones son astros pequeños y ultradensos que se forman tras la explosión de estrellas mucho más masivas que el Sol.
El último evento, etiquetado provisionalmente como S190426c, parece haber ocurrido a unos 1200 millones de años luz de distancia. Los investigadores han trazado un mapa celeste que muestra dónde se originaron las ondas gravitacionales y enviaron la información en forma de alerta pública, a fin de que astrónomos de todo el mundo pudieran dirigir sus telescopios hacia ese lugar del firmamento en busca de la luz que tendría que haber emitido el catacliasmo. Emparejar la detección de ondas gravitacionales con la de radiación electromagnética puede aportar mucha más información que cualquiera de los dos tipos de datos por separado.
Mansi Kasliwal, astrofísica del Instituto de Tecnología de California, dirige uno de los varios proyectos diseñados para realizar este tipo de seguimientos múltiples, el llamado Relevo Global de Observatorios en Busca de Eventos Transitorios (GROWTH). Su equipo, que puede reclutar telescopios robóticos en todo el mundo, puso inmediatamente en marcha uno en la India, donde era de noche cuando se detectó el evento.
Dos observaciones casi simultáneas
Los astrónomos ya estaban trabajando a toda marcha cuando detectaron la posible fusión del agujero negro y la estrella de neutrones. A las 08:18:26 UTC del día anterior, el 25 de abril, otro tren de ondas llegó al detector de LIGO en Livingston, Louisiana, y a Virgo (en ese momento, el segundo interferómetro de LIGO, situado en Hanford, Washington, se hallaba brevemente fuera de servicio). Aquel evento correspondió con claridad a la fusión de dos estrellas de neutrones, asegura Hanna, y llegaba casi dos años después de la histórica detección del primer fenómeno de ese tipo, acaecida en agosto de 2017 y anunciada algunos meses después.
Los investigadores pueden inferir qué tipo de astros han colisionado ya que la forma de las ondas revela la masa de los objetos implicados en el choque, y se espera que aquellos con una masa unas dos veces mayor que la del Sol sean estrellas de neutrones. Por otro lado, la intensidad de la señal (su «volumen») ha permitido estimar que el fenómeno ocurrió a unos 500 millones de años luz de distancia, explica Hanna, unas tres veces más lejos que la fusión de estrellas de neutrones detectada en 2017.
Iair Arcavi, astrofísico de la Universidad de Tel Aviv que trabaja en el Observatorio Las Cumbres, una red de telescopios alternativa a GROWTH, se hallaba en esos momentos en Baltimore, en Maryland, para asistir a EMMA, una conferencia dedicada precisamente a la astrofísica de multimensajeros (el nombre que recibe la técnica basada de estudiar este tipo de procesos tanto con ondas gravitacionales como con radiación electromagnética o neutrinos). La alerta del evento del 25 de abril llegó a las 5:01 de la madrugada. «Lo había configurado para que me llegara un mensaje de texto y me despertó», relata el investigador.
Una tormenta de actividad se apoderó del encuentro, con astrónomos que normalmente compiten entre sí intercambiando información mientras se sentaban con sus portátiles en las mesas de café. «Nos estamos volviendo locos aquí en #EMMA2019», tuiteó el astrónomo Andy Howell.
En este caso, sin embargo, y a diferencia de muchos de los anteriores, las colaboraciones LIGO y Virgo no pudieron determinar con precisión la dirección del cielo desde la que venían las ondas. Lo máximo que pudieron asegurar fue que procedían de una amplia región que cubría en torno a una cuarta parte del cielo, si bien al día siguiente lograron acotarla algo más. Aun así, los astrónomos cuentan con técnicas para sondear el cielo en este tipo de búsquedas, y los datos recabados la noche posterior deberían revelar la fuente, apunta Kasliwal. «Si tuvo lugar en esa zona, no hay forma de que lo hayamos perdido», asegura la investigadora.
En la fusión de estrellas de neutrones detectada en 2017, la combinación de observaciones en diferentes longitudes de onda produjo una enorme cantidad de ciencia. Dos segundos después de que los observatorios de ondas gravitacionales detectaran el evento, un telescopio en órbita detectó una ráfaga de rayos gamma procedente de la misma zona del cielo y que presumiblemente fue liberada cuando las estrellas de neutrones se fusionaron para convertirse en un agujero negro. Y durante los meses posteriores, unos 70 observatorios de todo el mundo se dedicaron a analizar el evento en todo el espectro electromagnético, desde las ondas de radio hasta los rayos X.
Por otro lado, si el fenómeno observado el 26 de abril no correspondiese a una fusión de un agujero negro y una estrella de neutrones, probablemente se trataría de una colisión de dos estrellas de neutrones, lo que elevaría a tres el total de detecciones de este tipo.
Un cataclismo largamente buscado
Observar la fusión de un agujero negro y una estrella de neutrones podría proporcionar todo tipo de información que ningún otro tipo de evento sería capaz de aportar, señala Bangalore Sathyaprakash, físico teórico de LIGO e investigador de la Universidad Estatal de Pensilvania.
En primer lugar, la detección confirmaría la existencia de sistemas binarios de este tipo, largamente buscados y formados por astros de masas muy dispares. Pero, además, las órbitas de ambos objetos en los instantes previos a la fusión podrían ser muy distintas de las que siguen las parejas de agujeros negros. Ello se debe a la forma en que la estrella de neutrones, menos masiva que el agujero negro, debería moverse en el espacio fuertemente deformado que rodea a este último, explica Sathyaprakash. Por esta razón, «los sistemas formados por un agujero negro y una estrella de neutrones pueden proporcionar un mejor banco de pruebas de la relatividad general», aduce el experto.
Por último, tanto las ondas gravitacionales como la luz procedentes del cataclismo podrían revelar qué sucede con la estrella de neutrones en los instantes previos a la fusión. En principio, las fuerzas de marea deberían desgarrar la estrella de neutrones, lo que podría ayudar a resolver un misterio que desde hace tiempo trae de cabeza a los astrofísicos: ¿en qué estado se encuentra la materia en el interior de estos astros ultracompactos?
Las colaboraciones LIGO y Virgo comenzaron la ronda actual de toma de datos el pasado 1 de abril. Gracias a las mejoras técnicas incorporadas en los instrumentos, los investigadores esperan detectar en torno a una fusión de agujeros negros por semana y una de estrellas de neutrones por mes. Hasta ahora, esas predicciones se han cumplido, pues a lo largo del mes pasado ya se detectaron varias fusiones de agujeros negros. «Esto es increíble», opina Kasliwal. «El universo es fantástico.»
Davide Castelvecchi/Nature News
Artículo original traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group.
Más información en las páginas web de las colaboraciones LIGO y Virgo. En España, el Grupo de Física Gravitacional de la Universidad de las Islas Baleares, liderado por Alicia Sintes, ha participado en todas las observaciones de las colaboraciones LIGO y Virgo efectuadas hasta el momento. La información sobre las últimas detecciones se encuentra disponible en su página web.
