Los científicos observaron lo que parece ser un agujero negro abultado que se enreda con uno más común. El equipo de investigación que incluye físicos de la Universidad de Maryland, detectó dos agujeros negros fusionándose, pero uno de los agujeros negros era 1 1/2 veces más masivo de lo que jamás se haya observado en una colisión de agujeros negros. Los investigadores creen que el agujero negro más pesado en el par puede ser el resultado de una fusión previa entre dos agujeros negros. Este tipo de combinación jerárquica de agujeros negros se ha planteado como hipótesis en el pasado, pero el evento observado, etiquetado GW190521, sería la primera evidencia de tal actividad. La Colaboración Científica (LSC) del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) y la Colaboración Virgo anunciaron el descubrimiento en dos artículos publicados el 2 de septiembre, 2020, en las revistas Cartas de revisión física y Cartas de revistas astrofísicas .

Los científicos identificaron la fusión de los agujeros negros al detectar las ondas gravitacionales, ondas en el tejido del espacio-tiempo, producidas en los momentos finales de la fusión. Las ondas gravitacionales de GW190521 se detectaron el 21 de mayo de 2019, por los detectores gemelos LIGO ubicados en Livingston, Luisiana, y Hanford, Washington, y el detector Virgo ubicado cerca de Pisa, Italia.

"La masa del agujero negro más grande del par lo coloca en el rango en el que es inesperado en los procesos astrofísicos regulares, "dijo Peter Shawhan, profesor de física en la UMD, un investigador principal de LSC y el coordinador de ciencias observacionales de LSC. "Parece demasiado masivo para haberse formado a partir de una estrella colapsada, que es de donde generalmente provienen los agujeros negros ".

El agujero negro más grande del par que se fusiona tiene una masa 85 veces mayor que la del sol. Un posible escenario sugerido por los nuevos artículos es que el objeto más grande puede haber sido el resultado de una fusión previa de agujeros negros en lugar de una sola estrella que colapsa. Según el conocimiento actual, las estrellas que podrían dar a luz agujeros negros con masas entre 65 y 135 veces mayores que el sol no colapsan cuando mueren. Por lo tanto, no esperamos que formen agujeros negros.

"Desde el principio, esta señal, que dura solo una décima de segundo, nos desafió a identificar su origen, "dijo Alessandra Buonanno, un profesor de College Park en la UMD e investigador principal de LSC que también tiene un nombramiento como director en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, Alemania. "Pero, a pesar de su corta duración, pudimos hacer coincidir la señal con la esperada de las fusiones de agujeros negros, como predice la teoría de la relatividad general de Einstein, y nos dimos cuenta de que habíamos sido testigos por primera vez, el nacimiento de un agujero negro de masa intermedia a partir de un padre de agujero negro que muy probablemente nació de una fusión binaria anterior ".

GW190521 es uno de los tres descubrimientos recientes de ondas gravitacionales que desafían la comprensión actual de los agujeros negros y permiten a los científicos probar la teoría de la relatividad general de Einstein de nuevas formas. Los otros dos eventos incluyeron la primera fusión observada de dos agujeros negros con masas claramente desiguales y una fusión entre un agujero negro y un objeto misterioso. que puede ser el agujero negro más pequeño o la estrella de neutrones más grande jamás observada. Un artículo de investigación que describe este último fue publicado en Cartas de revistas astrofísicas el 23 de junio 2000, mientras que un artículo sobre el evento anterior se publicará pronto en Revisión física D .

"Los tres eventos son novedosos con masas o proporciones de masas que nunca antes habíamos visto, "dijo Shawhan, quien también es miembro del Instituto Conjunto de Ciencias Espaciales, una asociación entre UMD y el Goddard Space Flight Center de la NASA. "Así que no solo estamos aprendiendo más sobre los agujeros negros en general, pero debido a estas nuevas propiedades, podemos ver los efectos de la gravedad alrededor de estos cuerpos compactos que no habíamos visto antes. Nos da la oportunidad de probar la teoría de la relatividad general de nuevas formas ".

Por ejemplo, la teoría de la relatividad general predice que los sistemas binarios con masas claramente desiguales producirán ondas gravitacionales con armónicos más altos, y eso es exactamente lo que los científicos pudieron observar por primera vez.

"Lo que queremos decir cuando decimos armónicos más altos es como la diferencia de sonido entre un dúo musical con músicos que tocan el mismo instrumento frente a diferentes instrumentos, "dijo Buonanno, quien desarrolló los modelos de forma de onda para observar los armónicos con su grupo LSC. "Cuanto más subestructura y complejidad tiene el binario, por ejemplo, las masas o espines de los agujeros negros son diferentes, más rico es el espectro de la radiación emitida".

Además de estas tres fusiones de agujeros negros y una fusión de estrellas de neutrones binarios informada anteriormente, La ejecución de observación desde abril de 2019 hasta marzo de 2020 identificó otros 52 eventos potenciales de ondas gravitacionales. Los eventos se publicaron en un sistema de alerta pública desarrollado por los miembros de la colaboración de LIGO y Virgo en un programa originalmente encabezado por Shawhan para que otros científicos y miembros interesados ​​del público puedan evaluar las señales de ondas de gravedad.

"Los eventos de ondas gravitacionales se detectan con regularidad, "Shawhan dijo, "y algunos de ellos están teniendo propiedades notables que amplían lo que podemos aprender sobre astrofísica".