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    Buscando de dónde provienen los binarios de agujeros negros de masa muy desigual

    Un esquema que muestra dos vías (cada una de las cuales requiere dos eventos de fusión binarios de agujeros negros previos) para ensamblar un negro de aproximadamente 30 masas solares como el detectado en un evento reciente de fusión de ondas gravitacionales binarias de agujeros negros. Los astrónomos que intentan explicar dónde se formó el enorme agujero negro giratorio del par concluyen que en los cúmulos estelares densos, el camino más probable es un proceso de tres pasos. Crédito:Rodríguez et al., 2020

    La detección directa de ondas gravitacionales de al menos once fuentes durante los últimos cinco años ha ofrecido una confirmación espectacular del modelo de gravedad y espacio-tiempo de Einstein. mientras que el modelado de estos eventos ha proporcionado información sobre la formación de estrellas, estallidos de rayos gamma, estrellas de neutrones, la edad del universo, e incluso verificación de ideas sobre cómo se producen elementos muy pesados. La mayoría de estos eventos de ondas gravitacionales surgieron de la fusión de dos agujeros negros de masas comparables en un par en órbita. Los pares de masas casi iguales son fuertemente preferidos en modelos de formación de agujeros negros binarios, ya sea que sean el resultado de la evolución de estrellas binarias aisladas o del emparejamiento dinámico de dos agujeros negros. Este año, sin embargo, Los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y Virgo informaron la primera detección de un par de agujeros negros de masa muy desigual, GW190412, cuyas masas estimadas son alrededor de 30 y ocho masas solares. La pregunta, luego, es como se formaron?

    El astrónomo de CfA Carl Rodríguez dirigió a un equipo de colegas en una investigación teórica sobre cómo podría formarse una masa binaria tan desigual. La solución más obvia es mirar en un denso cúmulo de estrellas, donde baja rotación, pares de agujeros negros de masa comparable pueden formarse naturalmente, en parte porque los agujeros negros masivos y las estrellas tienden a hundirse hacia el centro del cúmulo y pueden encontrarse más fácilmente entre sí. Pero incluso allí, es poco probable que esos encuentros produzcan un par de masas desigual. El giro de cada agujero negro añade un factor de complicación adicional. El giro se cuantifica mediante un número entre cero y uno. Si cada uno de los agujeros negros de una fusión tiene un valor de giro bajo, como se esperaba, entonces su fusión producirá normalmente un agujero negro más masivo cuyo giro es grande, quizás alrededor de 0,7, pero el giro inferido del agujero negro masivo en GW190412 está bien determinado en aproximadamente 0,43, sugiriendo que no surgió de una fusión tan simple.

    Los astrónomos argumentan que la forma más probable de producir este par improbable puede ser a través de dos fusiones previas de pares de agujeros negros en el cúmulo. un proceso que finalmente puede resultar en un agujero negro con el giro inferido correcto. Primero, dos pares binarios de agujeros negros se fusionan; cada uno de estos pares tiene agujeros negros de masas moderadas comparables y cada uno produce un agujero negro más masivo. Próximo, estos dos nuevos agujeros negros forman un par binario y luego se fusionan, produciendo aproximadamente 30 masas solares, agujero negro de giro moderado como se ve. Luego, ese agujero negro se empareja con un agujero negro de baja masa para formar el binario cuyo colapso produjo el evento visto como GW190412. (También son posibles variantes similares de varios pasos).

    Aunque tal serie de eventos son raros, los científicos muestran que los cúmulos estelares conocidos podrían proporcionar los entornos adecuados para que ocurra. El nuevo resultado y análisis, como en el caso de los descubrimientos anteriores de ondas gravitacionales, Hemos ampliado nuestra visión de la variedad cósmica al tiempo que abordamos supuestos fundamentales. Una de esas suposiciones es que los agujeros negros se forman típicamente a partir del colapso estelar con espines bajos. El trabajo futuro mostrará si se necesita un proceso de fusión de tres pasos para explicar eventos como GW190412, o si en su lugar es necesario desafiar suposiciones como ésta sobre el giro.


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