Hace mucho tiempo, en dos galaxias a unos 900 millones de años luz de distancia, dos agujeros negros devoraron a sus compañeras de estrellas de neutrones, desencadenando ondas gravitacionales que finalmente golpearon la Tierra en enero de 2020.
Descubierto por un equipo internacional de astrofísicos que incluye a investigadores de la Universidad Northwestern, dos eventos, detectados con solo 10 días de diferencia, marcan la primera detección de un agujero negro que se fusiona con una estrella de neutrones. Los hallazgos permitirán a los investigadores dibujar el primeroconclusiones sobre los orígenes de estos raros sistemas binarios y con qué frecuencia se fusionan.
"Las ondas gravitacionales nos han permitido detectar colisiones de pares de agujeros negros y pares de estrellas de neutrones, pero la colisión mixta de un agujero negro con una estrella de neutrones ha sido la elusiva pieza faltante de la imagen familiar de fusiones de objetos compactos".dijo Chase Kimball, un estudiante graduado de Northwestern que fue coautor del estudio. "Completar esta imagen es crucial para restringir la gran cantidad de modelos astrofísicos de formación de objetos compactos y evolución binaria. Inherentes a estos modelos son sus predicciones de las tasas a las que los agujeros negros ylas estrellas de neutrones se fusionan entre sí. Con estas detecciones, finalmente tenemos mediciones de las tasas de fusión en las tres categorías de fusiones binarias compactas ".
La investigación se publicará el 29 de junio en el Cartas de revistas astrofísicas . El equipo incluye investigadores de LIGO Scientific Collaboration LSC, Virgo Collaboration y el proyecto Kamioka Gravitational Wave Detector KAGRA. Un miembro de LSC, Kimball dirigió los cálculos de las estimaciones de la tasa de fusión y cómo encajan en las predicciones de lavarios canales de formación de estrellas de neutrones y agujeros negros. También contribuyó a las discusiones sobre las implicaciones astrofísicas del descubrimiento.
Kimball es co-asesorado por Vicky Kalogera, la investigadora principal del grupo LSC de Northwestern, directora del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica CIERA y el Profesor Distinguido Daniel I. Linzer de Física y Astronomía en los Colegios de Weinberg deArts and Sciences; y por Christopher Berry, miembro de LSC y profesor de investigación de la Junta de Visitantes de CIERA en Northwestern, así como profesor en el Instituto de Investigación Gravitacional de la Universidad de Glasgow. Otros coautores de Northwestern incluyen a Maya Fishbach, unaEinstein Postdoctoral Fellow y miembro de LSC.
dos eventos en diez días
El equipo observó los dos nuevos eventos de ondas gravitacionales, denominados GW200105 y GW200115, el 5 de enero de 2020 y el 15 de enero de 2020, durante la segunda mitad de la tercera serie de observación de los detectores LIGO y Virgo, denominada O3bAunque varios observatorios llevaron a cabo varias observaciones de seguimiento, ninguno observó luz de ninguno de los eventos, consistente con las masas y distancias medidas.
"Tras el tentador descubrimiento, anunciado en junio de 2020, de una fusión de un agujero negro con un objeto misterioso, que puede ser la estrella de neutrones más masiva conocida, también es emocionante tener la detección de fusiones mixtas claramente identificadas, como se predijopor nuestros modelos teóricos desde hace décadas ", dijo Kalogera." Emparejar cuantitativamente las restricciones de tasa y las propiedades para los tres tipos de población será una manera poderosa de responder las preguntas fundamentales de los orígenes ".
Los tres grandes detectores tanto los instrumentos LIGO como el instrumento Virgo detectaron GW200115, que resultó de la fusión de un agujero negro de 6 masas solares con una estrella de neutrones de 1,5 masas solares, aproximadamente a mil millones de años luz de la Tierra.observaciones de los tres detectores ampliamente separados en la Tierra, la dirección al origen de las ondas se puede determinar en una parte del cielo equivalente al área cubierta por 2.900 lunas llenas.
Solo 10 días antes, LIGO detectó una señal fuerte de GW200105, usando solo un detector mientras el otro estaba temporalmente fuera de línea. Mientras Virgo también estaba observando, la señal era demasiado silenciosa en sus datos para que Virgo ayudara a detectarla.ondas, los astrónomos infirieron que la señal fue causada por un agujero negro de 9 masas solares que colisionó con un objeto compacto de 1,9 masas solares, que finalmente concluyeron que era una estrella de neutrones. Esta fusión ocurrió a una distancia de unos 900 millones de años luzde la tierra.
Debido a que la señal era fuerte en un solo detector, los astrónomos no pudieron determinar con precisión la dirección del origen de las ondas. Aunque la señal era demasiado silenciosa para que Virgo confirmara su detección, sus datos ayudaron a reducir la ubicación potencial de la fuente aalrededor del 17% de todo el cielo, lo que equivale al área cubierta por 34.000 lunas llenas.
¿de dónde vienen?
Debido a que los dos eventos son las primeras observaciones confiables de ondas gravitacionales de agujeros negros que se fusionan con estrellas de neutrones, los investigadores ahora pueden estimar con qué frecuencia ocurren tales eventos en el universo. Aunque no todos los eventos son detectables, los investigadores esperan aproximadamente una fusión de este tipo.por mes ocurre a una distancia de mil millones de años luz.
Si bien no está claro dónde se forman estos sistemas binarios, los astrónomos identificaron tres orígenes cósmicos probables: sistemas binarios estelares, entornos estelares densos que incluyen cúmulos estelares jóvenes y los centros de galaxias.
El equipo está preparando actualmente los detectores para una cuarta ejecución de observación, que comenzará en el verano de 2022.
"Ahora hemos visto los primeros ejemplos de agujeros negros fusionándose con estrellas de neutrones, por lo que sabemos que están ahí fuera", dijo Fishbach. "Pero todavía hay mucho que no sabemos sobre las estrellas de neutrones y los agujeros negros- qué tan pequeños o grandes pueden llegar a ser, qué tan rápido pueden girar, cómo se emparejan en socios de fusión. Con los datos de ondas gravitacionales futuras, tendremos las estadísticas para responder estas preguntas y, en última instancia, aprender cómo los objetos más extremos en nuestroel universo está hecho. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Northwestern . Original escrito por Amanda Morris. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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