Los investigadores de ondas gravitacionales de la Universidad de Birmingham han desarrollado un nuevo modelo que podría ayudar a los astrónomos a rastrear el origen de los sistemas de agujeros negros pesados ​​en el Universo.

Los agujeros negros se forman tras el colapso de estrellas y posiblemente las explosiones de supernovas. Estos objetos colosalmente densos se miden en términos de masas solares (M _⊙ ) - la masa de nuestro sol.

Típicamente, las estrellas solo formarán agujeros negros con masas de hasta 45 M _⊙ . Estos sistemas luego se emparejan y se fusionan, produciendo ondas gravitacionales que son observadas por los detectores LIGO y Virgo.

Colapso estelar, sin embargo, provoca inestabilidades que impiden la formación de agujeros negros más pesados, por lo que se necesita un nuevo modelo para explicar la existencia de sistemas binarios de agujeros negros con masas superiores a unos 50 M _⊙ .

Se cree que estos objetos se forman a partir de agujeros negros binarios que luego se fusionaron con otros agujeros negros. Los científicos creen que estos agujeros negros de la "próxima generación", compuestos por la fusión de sus "padres", podrían ser los agujeros negros más pesados ​​observables por LIGO y Virgo.

En un nuevo estudio, publicado en Revisión física D Comunicaciones rápidas, investigadores del Instituto de Astronomía de Ondas Gravitacionales de la Universidad de Birmingham, sugieren que las detecciones futuras de múltiples generaciones de fusiones de agujeros negros nos permitirían descubrir su lugar de nacimiento. Han producido nuevos cálculos que podrían ayudar a los astrónomos a comprender mejor estas fusiones y dónde encontrarlas.

"Los cúmulos de estrellas, grupos de estrellas que están unidas por la gravedad, pueden actuar como 'viveros' de agujeros negros, proporcionando un entorno ideal para hacer crecer generaciones de agujeros negros, "explica el Dr. Davide Gerosa, autor principal del artículo. "Pero para saber qué tipo de cúmulos de estrellas es más probable que sean capaces de producirlos, primero necesitamos saber algo sobre las condiciones físicas que se necesitarían ".

El equipo cree haber encontrado parte de la solución a este acertijo al calcular la probable 'velocidad de escape' que necesita un cúmulo para poder albergar un agujero negro con una masa superior a 50 M _⊙ . La velocidad de escape es la velocidad a la que un objeto debería viajar para escapar de la atracción gravitacional. Por ejemplo, un cohete que salga de la Tierra tendría que viajar a 11 km / s (25, 000 mph) para entrar en órbita.

Cuando se fusionan, los agujeros negros reciben retrocesos o patadas. Al igual que un arma retrocede cuando se dispara una bala, los agujeros negros retroceden cuando se emiten ondas gravitacionales. La próxima generación de agujeros negros puede formarse solo si sus padres no han sido 'expulsados' del cúmulo, es decir, solo si la velocidad de escape del grupo es lo suficientemente grande.

El equipo calculó que la observación de agujeros negros con masa superior a 50 M _⊙ sugeriría que el grupo donde vivían tenía una velocidad de escape superior a unos 50 km / s.

El coautor, el profesor Emanuele Berti de la Universidad Johns Hopkins, explica:"Las observaciones de ondas gravitacionales brindan una oportunidad sin precedentes para comprender los entornos astrofísicos donde se forman y evolucionan los agujeros negros. Un evento muy masivo apuntaría hacia un entorno denso con una gran velocidad de escape".

¿Dónde podría encontrar este tipo de grupos densos? Muchas predicciones para LIGO y Virgo hasta ahora se concentraron en 'cúmulos globulares', colecciones esféricas de alrededor de un millón de estrellas fuertemente unidas en las afueras de las galaxias. Su velocidad de escape sin embargo, es demasiado bajo. Este nuevo estudio encuentra que es poco probable que los cúmulos globulares alberguen múltiples generaciones de agujeros negros. Los astrónomos deberán mirar más lejos:cúmulos de estrellas nucleares, que se encuentran hacia el centro de algunas galaxias son lo suficientemente densas y podrían proporcionar el tipo de entorno necesario para producir estos objetos.

"La astronomía de ondas gravitacionales está revolucionando nuestra comprensión del Universo, "dice el Dr. Gerosa." Todos estamos esperando los próximos resultados de LIGO y Virgo para poner a prueba estas y otras predicciones astrofísicas ".