Tango galáctico: astrónomo UdeC explica fusiones caóticas de agujeros negros

Como en un gigantesco juego de billar, los agujeros negros en los centros galácticos se atraen y colisionan formando espectaculares choques que los astrónomos en la Tierra ahora pueden estudiar gracias al análisis de las ondas gravitacionales que provocan. Hasta ahora se pensaba que en su mayoría se fusionaban en órbitas circulares, pero en 2019 cuando los observatorios LIGO y Virgo estudiaban una de estas colosales fusiones, realizaron un descubrimiento inesperado que rápidamente se transformó en un misterio para la astronomía.

El evento fue denominado GW190521, la fusión de dos agujeros negros que no solo eran más pesados de lo que se creía físicamente posible, sino que además no se orbitaron entre sí a lo largo de un círculo en los momentos previos a la fusión. “Es el descubrimiento más sorprendente hasta la fecha. Las masas y giros de los agujeros negros ya eran sorprendentes, pero aún más sorprendente fue que parecían no tener una órbita circular antes de la fusión”, señala la investigación publicada en Revista Nature, donde participó un equipo internacional de astrónomos, entre ellos el investigador del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).

Las investigaciones se orientaron entonces a descubrir cómo pueden ocurrir esta clase de fusiones conocidas como «excéntricas», lo que condujo a los astrónomos a explorar el duro entorno de los centros galácticos que albergan un agujero negro súper masivo -de millones de veces la masa del Sol-, rodeados por un disco de gas plano y giratorio. Es en esta interacción donde se ocultaría la clave del misterio.

Billar de agujeros negros

Según explica Nathan Leigh, académico de la Universidad de Concepción y también investigador del Núcleo Milenio Titans, la velocidad y la densidad típicas de los agujeros negros son tan altas, que los agujeros negros más pequeños rebotan, como en un juego gigante de pool, mientras que los agujeros binarios con órbitas circulares anchas no pueden existir. La investigación rebela que el disco de gas juega un papel importante en la captura de agujeros negros más pequeños, que con el tiempo se acercan al centro y también entre sí.

Esto no solo implica que se encuentran y forman parejas, sino también que esa pareja podría interactuar con otro tercer agujero negro, lo que a menudo conduce a un “tango caótico” con tres agujeros negros volando alrededor, explica Leigh. “También puede haber jerarquías, por ejemplo dos estrellas pueden estar unidas en un binario y una tercera estrella interactúa emprendiendo un largo viaje, casi escapando. Pero no tiene suficiente energía para escapar, por lo que finalmente vuelve a interactuar con el binario”, ejemplifica el astrónomo CATA.

Los agujeros negros son unos de los objetos más fascinantes en el Universo, pero nuestro conocimiento de ellos todavía es limitado, especialmente porque no emiten luz. En 2015, sin embargo, el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) realizó su revolucionaria observación de ondas gravitacionales a partir de la fusión de dos agujeros negros, abriendo una nueva era de hallazgos gracias a la astrofísica de ondas gravitacionales.

Además de entender cómo se forman y fusionan los agujeros negros en nuestro universo -no se trata únicamente de estrellas cercanas que colapsan y se fusionan orbitando circularmente-, la investigación aporta nueva información para la comprensión de los discos de gas planos y cómo se mueven los agujeros negros en su interior.