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¿El agujero negro más pequeño descubierto?

  • Título del artículo original: GW170817 Most Likely Made a Black Hole
  • Autores: David Pooly, Pawan Kumar, J. Craig Wheeler, Bruce Grossan.
  • Institución del primer autor: Department of Physics and Astronomy, Trinity University, San Antonio, Texas
  • Estado de la publicación: Publicado en The Astrophysical Journal Letters el 31 de mayo de 2018.

 

El 16 de Octubre de 2017, la comunidad astronómica se vio sacudida por el anuncio de uno de los descubrimientos más fascinantes de los últimos años: las colaboraciones LIGO y Virgo habían detectado dos meses antes del anuncio las ondas gravitacionales (GWs, del inglés gravitational waves) provenientes de la fusión de dos estrellas de neutrones. Las estrellas de neutrones que se fusionaron tenían masas 1.48±0.12 y 1.26±0.1 masas solares, respectivamente. A diferencia de todas las detecciones de GWs previas, que provenenían de la fusión de dos agujeros negros, este evento sí vino acompañado por una importante señal electromagnética que fue captada por 70 observatorios en siete continentes y en el espacio, dando inicio así a una nueva manera de estudiar el universo, la llamada astronomía multimensajero (ver este astrobito). En particular, esto permitió la confirmación de la estrecha relación que existe entre las colisiones de estrellas de neutrones y tanto las erupciones de rayos gamma (GRBs, por sus siglas en inglés) de corta duración como la nucleosíntesis de elementos pesados. No obstante, un evento de esta naturaleza también presentó muchas incógnitas. Una de las más importantes y que aún no ha podido resolverse subyace en la naturaleza del objeto compacto que quedó tras la fusión. ¿Es otra estrella de neutrones más masiva que las anteriores o es un agujero negro?

Nueve días después de la colisión, el observatorio de rayos X Chandra detectó la primera emisión proveniente de la región donde había sucedido el evento. Inmediatamente después, varios grupos de investigación propusieron distintos modelos teóricos para explicar las características de dicha emisión. Mientras algunos de estos modelos sugerían que esta radiación sería compatible con una situación en la que el remanente de la colisión es una estrella de neutrones, otros descartaban esta posibilidad en favor de la opción de que el objeto compacto es un agujero negro. De todas maneras, la evidencia no parecía ser suficiente para inclinarse con seguridad hacia ninguna de las dos opciones. La solución a estos dilemas transcurre siempre por el mismo camino: se necesita más tiempo, más datos, más observaciones. En el artículo de hoy, los autores analizan las observaciones que continuó tomando el telescopio Chandra en el transcurso de más de 100 días posteriores al evento; las mismas parecen aportar evidencia a favor de que el objeto compacto es un agujero negro de no más de 2.7 masas solares. ¡De confirmarse dicha hipótesis, estaríamos ante la presencia del agujero negro más pequeño descubierto hasta el momento! Veamos como los autores llegaron a esta conclusión.

 

Las observaciones y su interpretación

En la Figura 1 se muestran las imágenes de la región del espacio en la ocurrió el evento GW170817, obtenidas a partir de las observaciones de Chandra en 3 períodos de tiempo distribuidos entre el 26 de Agosto del 2017 y el 28 de Enero del 2018. En primer lugar, y en acuerdo con trabajos previos, los autores proponen que la emisión de rayos X se produce por la interacción del plasma expulsado en la explosión con el medio interestelar. La razón principal para proponer esto subyace en que la fuente no sólo fue observada en rayos X sino también en la banda de radiofrecuencias. La intensidad de la emisión aumentó al mismo ritmo en radio y en rayos X, lo que sugiere que ambas deben ser producidas por el mismo objeto. La fuente más plausible de ambas emisiones es el choque del plasma expulsado con el medio interestelar. En segundo lugar, los autores sostienen que la emisión X resulta mucho menor de la que debería detectarse de haberse formado una estrella de neutrones en la colisión. ¿Por qué sostienen esto? La superficie de una estrella de neutrones es sólida y está muy caliente, por lo cual emite radiación electromagnética típicamente en la banda de los rayos X. Esta radiación no sólo debería detectarse pasados más de 100 días sino que además realimentaría y potenciaría la emisión del choque con el medio interestelar. Luego, la detección parecería ser más consistente con el hecho de que el remanente que quedó es un agujero negro: estos objetos no tienen una superficie sólida ni emiten radiación electromagnética (al menos no radiación detectable, ver radiación de Hawking).

 

Figura 1: Imágenes del campo de GW170817 obtenidas con el satélite Chandra. Cada imagen corresponde a distintas épocas de observación entre Agosto del año pasado y Enero del presente. Fuente: artículo original

 

Para ser justos, la cosa no está completamente cerrada: la radiación que uno esperaría de haberse formado una estrella de neutrones remanente depende del campo magnético de la misma. La emisión aún podría ser consistente con una estrella de neutrones remanente que posea un campo muy intenso (mayor a 1012 gauss). De ser así, se predice que la estrella de neutrones, que rota extremadamente rápido, se frenaría significativamente en un lapso de tiempo del orden de un año, liberando gran cantidad de energía. Esta energía potenciaría bruscamente las emisiones en radio y en rayos X. De no observarse este efecto en el futuro, dicha posibilidad quedará prácticamente descartada y la hipótesis de que el objeto remanente es un agujero negro tomará aún más fuerza. Para tener certezas deberemos esperar. ¡Nuevamente, más tiempo, más datos, más observaciones!

Acerca de Eduardo Mario Gutiérrez

Nací y me crié en la ciudad de La Plata, Argentina. Me recibí de Licenciado en Astronomía por la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata, y actualmente estoy realizando el segundo año del Doctorado en Astronomía en el Instituto Argentino de Radioastronomía. Mis intereses incluyen estudios de acreción, aceleración de partículas y procesos no térmicos que ocurren en la vecindad de los agujeros negros.

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