El 14% de todas las estrellas masivas están destinadas a colisionar como agujeros negros

La Teoría de la Relatividad General de Einstein predijo que se formarían agujeros negros y finalmente colisionarían entre ellos. También predijo la creación de ondas gravitacionales a partir de dicha colisión. Pero, ¿con qué frecuencia sucede esto? ¿Podemos calcular cuántas estrellas le ocurrirá esto?

Un nuevo estudio de un físico de la Universidad de Vanderbilt buscó responder a estas preguntas.

El LIGO ( Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser ) marcó el comienzo de una nueva era de la astronomía cuando detectó ondas gravitacionales por primera vez en 2015. Estas ondas surgieron de una colisión entre dos agujeros negros masivos hace unos 1.300 millones de años. Las ondas demostraron que Einstein tenía razón, nuevamente.

Desde esa primera colisión entre dos agujeros negros, LIGO ha anunciado la detección de más de 40 colisiones distintas, llamados eventos Binary Black Hole (BBH). 10 de esos eventos de BBH han sido confirmados. La primera detección fue un momento emocionante, pero esa emoción ha disminuido un poco. Ahora los astrofísicos tienen algunas preguntas al respecto…

Los investigadores hasta ahora han teorizado sobre la formación y existencia de pares de agujeros negros en el universo, pero los orígenes de sus predecesores, las estrellas, siguen siendo un misterio.

Karan Jani es astrofísica en la Universidad de Vanderbilt y estudia agujeros negros. También es una científica de LIGO, que participó en la detección de la primera onda gravitacional. Jani fue co-recipiente del Premio Especial de Avance en Física Fundamental por ese trabajo.

El nuevo estudio se titula «Global Stellar Budget for LIGO Black Holes». Está publicado en Astrophysical Journal Letters . El coautor es Abraham Loeb de la Universidad de Harvard.

Einstein predijo fusiones de agujeros negros y las ondas gravitacionales resultantes hace unos cien años en su Teoría de la relatividad general. Ahora que LIGO ha detectado varios de esos eventos de BBH, surgen dos preguntas: Cómo los procesos estelares producen estos agujeros negros masivos (30 masas solares o más); ¿Y cómo se acercan lo suficiente como para fusionarse, dentro de la vida del Universo?

Los investigadores hasta ahora han teorizado sobre la formación y existencia de pares de agujeros negros en el universo, pero los orígenes de sus predecesores, las estrellas, siguen siendo un misterio. Con esta investigación se ha realizado un estudio forense de la colisión de agujeros negros utilizando las observaciones astrofísicas que están disponibles actualmente. En el proceso, se desarrolló una restricción fundamental, que nos informa sobre la fracción de estrellas desde el comienzo del universo que están destinadas a colisionar como agujeros negros.

LIGO tiene un registro de fusiones de agujeros negros, y los investigadores se basaron en esos datos, y en la Teoría de la relatividad general de Einstein, para realizar este estudio. Los autores utilizaron los eventos LIGO para crear una especie de inventario de los recursos espaciales y temporales del Universo en cualquier punto. Como dice el comunicado de prensa , “Luego desarrollaron las restricciones que explican cada paso en el proceso binario del agujero negro: el número de estrellas disponibles en el universo, el proceso de cada estrella que pasa a un agujero negro individual y la detección del eventual colisión de esos agujeros negros, recogidos cientos de millones de años después por LIGO como ondas gravitacionales emitidas por el impacto».

«De las observaciones actuales, encontramos que el 14 por ciento de todas las estrellas masivas del universo están destinadas a colisionar como agujeros negros».

Karan Jani, autor principal, Universidad de Vanderbilt

El número calculado por los investigadores es del 14%. Pero hay un par de calificaciones para ese número. Se aplica solo a la tasa de fusión de dos agujeros negros de con un mínimo de 30 veces la masa solar. Y solo si la separación entre los dos agujeros negros es similar al diámetro de sus estrellas progenitoras.

Hay muchos detalles en este estudio, naturalmente. El estudio explica que hay un “presupuesto” de masas en el universo que limita cuántas estrellas pueden convertirse en agujeros negros en el rango de 30 masas solares. Los autores buscaron mapear la relación entre la masa del progenitor y el agujero negro en sí. Esa no es una relación simple, ya que la metalicidad de la estrella y la época en la que nació entran en juego.

“De las observaciones actuales, encontramos que el 14 por ciento de todas las estrellas masivas en el universo están destinadas a colisionar como agujeros negros. Esa es una eficiencia notable por parte de la naturaleza ”, agregó Jani. «Estas restricciones añadidas en nuestro marco deberían ayudar a los investigadores a rastrear las historias de los agujeros negros, respondiendo viejas preguntas y, sin duda, abriendo escenarios más exóticos».

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