Remarcable señal de ondas gravitacionales por la masa de sus 'autores'
Una señal de onda gravitacional notable, incluido en el último conjunto de resultados de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA, puede ser la clave para resolver un misterio cósmico.
En mayo de 2023, poco después del inicio de la cuarta ronda de observación LIGO-Virgo-KAGRA, el detector LIGO Livingston en Luisiana, EE.UU., observó una señal de onda gravitacional procedente de la colisión de lo que probablemente sea una estrella de neutrones con un objeto compacto que tiene entre 2,5 y 4,5 veces la masa de nuestro sol.
Las estrellas de neutrones y los agujeros negros son objetos compactos, restos densos de explosiones estelares masivas. Lo que hace que esta señal, llamada GW230529, sea intrigante es la masa del objeto más pesado. Se encuentra dentro de una posible brecha de masa entre las estrellas de neutrones más pesadas conocidas y los agujeros negros más ligeros. La señal de las ondas gravitacionales por sí sola no puede revelar la naturaleza de este objeto. Las detecciones futuras de eventos similares, especialmente aquellos acompañados de ráfagas de radiación electromagnética, podrían ayudar a resolver este problema.
"Esta detección, el primero de nuestros interesantes resultados de la cuarta serie de observación LIGO-Virgo-KAGRA, revela que puede haber una tasa más alta de colisiones similares entre estrellas de neutrones y agujeros negros de baja masa de lo que pensábamos anteriormente", dice en un comunicado el Dr. Jess McIver, profesor asistente de la Universidad de Columbia Británica y portavoz adjunto de la Colaboración Científica LIGO.
Como este evento fue visto por un solo detector de ondas gravitacionales, evaluar si es real o no se vuelve más difícil.
El Dr. Gareth Cabourn Davies, ingeniero de software de investigación del ICG (Instituto de Cosmología y Gravitación) de la Universidad de Portsmouth, desarrolló las herramientas utilizadas para buscar eventos en un solo detector. "Corroborar eventos viéndolos en múltiples detectores es una de nuestras herramientas más poderosas para separar señales del ruido. Al usar modelos apropiados del ruido de fondo, podemos juzgar un evento incluso cuando no tenemos otro detector que respalde lo que hemos visto", dijo.
Antes de la detección de ondas gravitacionales en 2015, las masas de los agujeros negros de masa estelar se determinaban principalmente mediante observaciones de rayos X, mientras que las masas de las estrellas de neutrones se determinaban mediante observaciones de radio. Las mediciones resultantes se clasificaron en dos rangos distintos con una brecha entre ellos de aproximadamente dos a cinco veces la masa de nuestro sol. A lo largo de los años, un pequeño número de mediciones han invadido la brecha de masa, que sigue siendo muy debatida entre los astrofísicos.
El análisis de la señal GW230529 muestra que provino de la fusión de dos objetos compactos, uno con una masa entre 1,2 y 2,0 veces la de nuestro sol y el otro con una masa ligeramente superior al doble.
Si bien la señal de ondas gravitacionales no proporciona suficiente información para determinar con certeza si estos objetos compactos son estrellas de neutrones o agujeros negros, parece probable que el objeto más ligero sea una estrella de neutrones y el objeto más pesado un agujero negro. Los científicos de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA confían en que el objeto más pesado se encuentra dentro del espacio de masa.
Las observaciones de ondas gravitacionales han proporcionado hasta ahora casi 200 mediciones de masas de objetos compactos. De estas, sólo otra fusión puede haber involucrado un objeto compacto con brecha de masa: la señal GW190814 provino de la fusión de un agujero negro con un objeto compacto que excede la masa de las estrellas de neutrones más pesadas conocidas y posiblemente dentro de la brecha de masa.
"Si bien se han reportado evidencias previas de objetos con brecha de masa tanto en ondas gravitacionales como electromagnéticas, este sistema es especialmente interesante porque es la primera detección de ondas gravitacionales de un objeto con brecha de masa emparejado con una estrella de neutrones", dice la Dra. Sylvia Biscoveanu de la Universidad de Northwestern. "La observación de este sistema tiene implicaciones importantes tanto para las teorías de la evolución binaria como para las contrapartes electromagnéticas de las fusiones de objetos compactos".
Está previsto que el cuarto período de observación dure 20 meses, incluidos un par de meses de descanso para realizar el mantenimiento de los detectores y realizar una serie de mejoras necesarias. Hasta el 16 de enero de 2024, cuando comenzó la pausa actual, se habían identificado un total de 81 candidatos a señales importantes. GW230529 es el primero de ellos que se publica después de una investigación detallada.
La cuarta tanda de observación se reanudará el 10 de abril de 2024 con los detectores LIGO Hanford, LIGO Livingston y Virgo funcionando juntos. La carrera continuará hasta febrero de 2025 sin más interrupciones planificadas en la observación.