Los cúmulos globulares son espectaculares y están llenos de estrellas. También pueden ser el escenario perfecto para que los agujeros negros se fusionen repetidamente. Este grupo, ubicado en la Vía Láctea, se llama NGC 362. ESA / Hubble &NASA

Los científicos se están familiarizando con los agujeros negros que chocan en la noche. En 2015, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (o LIGO) hizo historia al detectar los retumbos en el espacio-tiempo causados ​​por dos agujeros negros que chocan en una galaxia lejana, lejos. Esta primera detección confirmó la existencia de agujeros negros de masa estelar binaria, o los nacidos de las espectaculares muertes de estrellas masivas por supernovas. Desde entonces, hemos detectado varias otras fusiones (¡además de una fusión extra de estrellas de neutrones!).

Ahora, en una investigación publicada el 10 de abril, 2018, en la revista Physical Review Letters, Los investigadores sugieren que los agujeros negros probablemente se fusionan repetidamente para producir agujeros negros que son demasiado masivos para ser producidos por una sola estrella. Y los cúmulos de estrellas globulares podrían ser el vecindario perfecto para que tales objetos se formen y se fusionen, una y otra vez.

"Creemos que estos cúmulos se formaron con cientos o miles de agujeros negros que se hundieron rápidamente en el centro, "dijo Carl Rodríguez, del MIT y el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial, en una oracion. "Este tipo de cúmulos son esencialmente fábricas de binarios de agujeros negros, donde hay tantos agujeros negros colgando en una pequeña región del espacio que dos agujeros negros podrían fusionarse y producir un agujero negro más masivo. Entonces ese nuevo agujero negro puede encontrar otro compañero y fusionarse de nuevo ".

LIGO aún no se ha dado cuenta de una de estas "fusiones de segunda generación". Todas las fusiones detectadas hasta la fecha han involucrado agujeros negros de masa estelar (aquellos probablemente formados por estrellas masivas individuales). Si las ondas gravitacionales de un evento de fusión que involucre un agujero negro de 50 veces la masa de nuestro sol se detectaran en el futuro, sin embargo, eso sería una fuerte evidencia para sugerir la fusión repetida de agujeros negros. Y eso sería emocionante.

"Si esperamos lo suficiente, luego, eventualmente, LIGO verá algo que solo podría haber venido de estos cúmulos de estrellas, porque sería más grande que cualquier cosa que pudieras obtener de una sola estrella, "agregó Rodríguez.

La mayoría de las galaxias albergan cúmulos globulares, con más cúmulos encontrados en galaxias más grandes. Por lo tanto, galaxias elípticas masivas pueden albergar decenas de miles de cúmulos, mientras que la Vía Láctea tiene aproximadamente 200, con el 7 más cercano, 000 años luz de la Tierra. Estos cúmulos contienen estrellas antiguas, todas apiñadas en un pequeño volumen, por lo que las condiciones son propicias para que cualquier agujero negro dentro de estos cúmulos caiga al centro y se sienta cómodo con cualquier otro agujero negro que pueda estar al acecho.

Esta visualización de un agujero negro ilustra cómo su gravedad distorsiona nuestra vista, deformando su entorno como si se viera en un espejo de carnaval. Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA / Jeremy Schnittman

Si dos agujeros negros se acercan uno al otro después de caer desde diferentes partes de un cúmulo, Los cálculos de relatividad sugieren que emitirán ondas gravitacionales, por lo tanto, socavando la energía de su movimiento a través del cúmulo. Esto haría que los agujeros negros se ralentizaran y comenzaran a entrar en espiral, eventualmente estableciéndose en una órbita binaria alrededor del otro. Entonces sus destinos están sellados. Ambos agujeros negros seguirán emitiendo ondas gravitacionales, haciendo que su órbita se encoja hasta que la pareja choca, fusionarse y estallar con una poderosa onda gravitacional que viajaría a la velocidad de la luz. Este agujero negro recién fusionado quedaría colgado dentro del cúmulo esperando que otro agujero negro pasara y comenzara la danza binaria una vez más.

Sin embargo, cuando el equipo de Rodríguez ejecutó las simulaciones, asumieron que los agujeros negros fusionados estaban girando rápidamente y los resultados fueron, bien, bastante balístico.

"Si los dos agujeros negros giran cuando se fusionan, el agujero negro que crean emitirá ondas gravitacionales en una única dirección preferida, como un cohete creando un nuevo agujero negro que puede dispararse tan rápido como 5, 000 kilómetros por segundo, entonces, increíblemente rápido ", dijo Rodríguez." Solo se necesita una patada de unas pocas decenas a cien kilómetros por segundo para escapar de uno de estos grupos ".

Por esta lógica, si los agujeros negros fusionados se arrancan de los cúmulos, no pueden fusionarse de nuevo. Pero, después de analizar el giro típico de los agujeros negros detectados por LIGO, el equipo descubrió que el giro del agujero negro es mucho menor, lo que significa que hay menos posibilidades de que los cúmulos suelten sus agujeros negros recién fusionados. Después de hacer esta corrección, los investigadores encontraron que casi el 20 por ciento de los binarios de agujeros negros tendrían al menos un agujero negro que se formó en una fusión anterior. Y por su cuenta, Los agujeros negros de segunda generación deberían tener un rango de masa revelador de entre 50 y 130 masas solares. No hay otra forma de producir agujeros negros de esta masa si no fuera por las fusiones.

Entonces, por ahora le toca a los detectores de ondas gravitacionales del mundo encontrar una señal producida por un agujero negro de segunda generación.

Eso es interesante

Se cree que el propio cúmulo de estrellas globulares de la Vía Láctea, NGC 362, tiene entre 10 y 11 mil millones de años, según la Agencia Espacial Europea. La galaxia en sí tiene más de 13 mil millones de años.