Los científicos han encontrado la evidencia más sólida hasta el momento de que un agujero negro y una estrella de neutrones chocan cuando se mueven a lo largo de una órbita elíptica en lugar de los círculos casi perfectos que los científicos normalmente esperarían antes de tal fusión. El descubrimiento desafía ideas arraigadas sobre cómo se forman y evolucionan estos pares cósmicos extremos.
La investigación fue realizada por científicos de la Universidad de Birmingham, la Universidad Autónoma de Madrid y el Instituto Max Planck de Física Gravitacional. Sus resultados fueron publicados el 11 de marzo. Cartas de revistas astrofísicas.
Órbitas ovaladas inusuales detectadas en fusiones de estrellas de neutrones y agujeros negros
Los astrónomos suelen esperar que las estrellas de neutrones y los pares de agujeros negros se asienten en órbitas circulares mucho antes de fusionarse. Sin embargo, un nuevo análisis del evento de ondas gravitacionales GW200105 reveló que el sistema todavía viajaba en una trayectoria elíptica poco antes de que los dos objetos colisionaran. La fusión finalmente produjo un agujero negro de aproximadamente 13 veces la masa del Sol. Hasta ahora no se había informado de la detección de órbitas elípticas de este tipo en tales eventos.
La Dra. Patricia Schmidt de la Universidad de Birmingham explicó: “Este descubrimiento nos da nuevas pistas importantes sobre cómo se unen estos objetos extremos. Nos dice que nuestros modelos teóricos están incompletos y plantea nuevas preguntas sobre en qué parte del universo nacen tales sistemas”.
Los datos de ondas gravitacionales revelan la forma orbital
Para investigar el fenómeno, el equipo estudió datos de los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo utilizando un nuevo modelo desarrollado en el Instituto de Astronomía de Ondas Gravitacionales de la Universidad de Birmingham. Este método permitió a los investigadores medir cuánto se estiró la órbita (excentricidad) y determinar si el sistema mostraba oscilaciones (precesión) relacionadas con el giro. Esta es la primera vez que los científicos miden estos dos efectos juntos en un evento de estrella de neutrones y agujero negro.
Geraint Pratten, investigador de la Royal Society University en la Universidad de Birmingham, dijo: “La órbita arruina el juego. Su forma elíptica justo antes de la fusión muestra que este sistema no evolucionó silenciosamente de forma aislada, sino que casi con certeza se formó a través de una interacción gravitacional con otra estrella o quizás una tercera compañera”.
Un nuevo análisis desafía las suposiciones anteriores
El equipo realizó un análisis bayesiano que comparó miles de modelos teóricos con señales de ondas gravitacionales reales. Sus resultados muestran que una órbita circular es muy improbable, descartándola con un 99,5% de confianza.
Estudios anteriores de GW200105 asumieron que la órbita era circular. Debido a esa suposición, subestimaron la masa del agujero negro y sobreestimaron la masa de la estrella de neutrones. El nuevo análisis corrige esas mediciones y no encuentra pruebas sólidas de precesión, lo que sugiere que la órbita elíptica surgió durante la formación del sistema y no debido a efectos de espín.
Gonzalo Moras de la Universidad Autónoma de Madrid y el Instituto Max Planck de Física Gravitacional dijo: “Esta es una evidencia definitiva de que no todos los pares de estrella de neutrones y agujero negro comparten el mismo origen. Las órbitas excéntricas sugieren un lugar de nacimiento en un entorno donde muchas estrellas interactúan gravitacionalmente”.
Una imagen más compleja de la convergencia cósmica
Los resultados desafían la idea ampliamente extendida de que todas las fusiones de estrellas de neutrones y agujeros negros evolucionan a través de una única vía de formación dominante. En cambio, la investigación sugiere que pueden existir múltiples escenarios de formación, algunos de ellos moldeados por entornos estelares abarrotados donde las interacciones gravitacionales son comunes.
La investigación ayuda a explicar la creciente diversidad de fusiones binarias compactas observadas a través de ondas gravitacionales. A medida que los detectores continúan detectando más eventos, los astrónomos esperan descubrir sistemas inusuales adicionales que revelen nuevas rutas hacia estas poderosas colisiones cósmicas.
