Colisión de un agujero negro y una estrella de neutrones en órbita ovalada

Científicos de la Universidad de Birmingham, junto a investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid y del Max Planck Institute for Gravitational Physics, encontraron la evidencia más contundente hasta la fecha de que un agujero negro y una estrella de neutrones colisionaron mientras se movían en una órbita ovalada, en lugar de las casi perfectas circulares que se esperaban. Este hallazgo, publicado el 11 de marzo en The Astrophysical Journal Letters, desafía las nociones establecidas sobre cómo se forman y evolucionan estos pares cósmicos extremos.

Los astrónomos generalmente asumen que las parejas de estrellas de neutrones y agujeros negros se estabilizan en órbitas circulares mucho antes de fusionarse. Sin embargo, un análisis reciente del evento de ondas gravitacionales GW200105 reveló que este sistema todavía se desplazaba por un camino ovalado poco antes de que los dos objetos se combinaran. La fusión resultante generó un agujero negro con aproximadamente 13 veces la masa del Sol. La detección de una órbita ovalada en este tipo de evento no se había reportado anteriormente.

La Doctora Patricia Schmidt, de la Universidad de Birmingham, comentó: "Este descubrimiento nos proporciona pistas vitales sobre cómo se unen estos objetos extremos. Nos indica que nuestros modelos teóricos son incompletos y plantea nuevas preguntas sobre dónde en el universo se forman tales sistemas".

Para investigar el evento, el equipo analizó datos de los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo utilizando un nuevo modelo desarrollado en el Institute of Gravitational Wave Astronomy de la Universidad de Birmingham. Este enfoque permitió a los investigadores medir cuán alargada estaba la órbita (excentricidad) y determinar si el sistema mostraba movimientos de oscilación relacionados con el giro (precesión). Es la primera vez que los científicos han medido ambos efectos juntos en un evento de estrella de neutrones y agujero negro.

Geraint Pratten, investigador de la Universidad de Birmingham, señaló: "La órbita lo revela todo. Su forma elíptica justo antes de la fusión muestra que este sistema no evolucionó tranquilamente en aislamiento, sino que fue casi seguramente moldeado por interacciones gravitacionales con otras estrellas, o quizás un tercer compañero".

El equipo realizó un análisis bayesiano que comparó miles de modelos teóricos con la señal real de ondas gravitacionales. Sus resultados demostraron que una órbita circular es extremadamente improbable, descartándola con un 99.5% de confianza. Estudios anteriores de GW200105 asumieron que la órbita era circular, lo que llevó a subestimar la masa del agujero negro y sobreestimar la masa de la estrella de neutrones. El nuevo análisis corrige esas mediciones y no encuentra evidencia sólida de precesión, sugiriendo que la órbita ovalada probablemente se originó durante la formación del sistema, en lugar de ser causada por efectos de giro.

Gonzalo Morras, de la Universidad Autónoma de Madrid y del Max Planck Institute for Gravitational Physics, afirmó: "Esta es una prueba convincente de que no todas las parejas de agujeros negros y estrellas de neutrones comparten el mismo origen. La órbita excéntrica sugiere un lugar de nacimiento en un entorno donde muchas estrellas interactúan gravitacionalmente".

Los hallazgos desafían la idea ampliamente aceptada de que todas las fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones se desarrollan a través de una única vía de formación dominante. En cambio, la investigación sugiere que pueden existir múltiples escenarios de formación, algunos moldeados por entornos estelares densos donde las interacciones gravitacionales son comunes. Este estudio también ayuda a explicar la creciente variedad de fusiones binarias compactas observadas a través de ondas gravitacionales. A medida que los detectores continúan identificando más eventos, se espera que los astrónomos descubran sistemas inusuales adicionales que revelen nuevas rutas por las cuales ocurren estas poderosas colisiones cósmicas.