Un agujero negro absorbe una estrella de neutrones, el último hito en la detección de ondas gravitacionales

Una estrella de neutrones orbita un agujero negro, formando un sistema binario y lo hace cada vez más cerca y más deprisa. Finalmente, el agujero negro absorbe la estrella de neutrones, mucho más ligera, y el cataclismo relativista que se produce altera la curvatura del espacio tiempo de forma que se generan unas ondas cuya existencia Albert Einstein predijo hace un siglo y que desde hace muy pocos años se pueden medir desde la Tierra. Son las ondas gravitacionales, que ya se han medido repetidamente en fusiones de dos agujeros negros o dos estrellas de neutrones, pero no hasta ahora para este tercer tipo de sistema binario, que además nunca antes se pudo observar aunque se presuponía su existencia. Por eso, los científicos que creen haber detectado por primera vez colisiones de agujeros negros y estrellas de neutrones y lo acaban de anunciar lo consideran un hito muy destacado.

"Son los objetos más densos del Universo, tanto que pueden modificar el espacio tiempo", explica, a través de Zoom desde Francia, la astrofísica Astrid Lamberts, investigadora en el detector Virgo. "Son los restos de estrellas masivas, que son muy poco frecuentes y tienen una vida muy corta en la historia del Universo". En el cielo nocturno actual un ejemplo es Betelgeuse, una súper gigante roja al final de su vida que terminará como una estrella de neutrones. Para esta científica, las ondas gravitacionales son una forma estupenda de estudiar estos objetos tan compactos que resultan prácticamente invisibles para los telescopios.

De hecho, aunque se ha buscado durante décadas en la Vía Láctea, no se ha podido encontrar ningún sistema binario de este tipo. "Con este descubrimiento de fusión de estrellas de neutrones y agujeros negros fuera de nuestra galaxia, hemos hallado el tipo de sistema binario que faltaba. Por fin podemos empezar a comprender cuántos de estos sistemas existen, la frecuencia con la que se fusionan y por qué no hemos encontrado todavía ejemplos en la Vía Láctea", dice Lamberts.

Los picos en las señales recibidas en Virgo y LIGO, el otro detector, se midieron en enero de 2020 con 10 días de diferencia. Ahora, tras largas sesiones de análisis y cálculos los más de mil investigadores de numerosos países están dispuestos a asegurar que con gran probabilidad corresponden a dos colisiones de un agujero negro con una estrella de neutrones. El primer suceso comprende un objeto de aproximadamente 9 masas solares y otro de 2 masas solares en coalescencia a 900 millones de años luz de distancia. En el segundo las masas son 6 y 1,5 y la distancia 1.000 millones de años luz. Por estos datos infieren que se trata de agujeros negros (los de mayor masa) y estrellas de neutrones. "Es la explicación más plausible", señalan en la revista The Astrophysical Journal Letters, donde publican su trabajo.

Además, los investigadores creen que el agujero negro absorbió directamente la estrella de neutrones, sin desgarrarla antes, como explica Soichiro Morisaki a través de Zoom desde Estados Unidos. Lo creen porque no se detectaron emisiones luminosas (en todo rango de frecuencias) asociadas a los dos sucesos, que sí se han detectado en forma de rayos gamma, rayos X o luz visible cuando se fusionan dos agujeros negros o dos estrellas de neutrones. También es verdad que al producirse a unas distancias tan grandes, la emisión electromagnética que podría llegar a la Tierra sería muy débil. "Existen muchos detalles que no conocemos", reconoce Chase Kimball, también desde Estados Unidos. "No hay una prueba definitiva de la naturaleza del objeto secundario".

Desde que empezó a funcionar el mega detector LIGO en Estados Unidos, al que se luego se han unido Virgo, en Europa, y KAGRA en Japón, se han detectado desde 2015 48 fusiones de agujeros negros y 2 de estrellas de neutrones y este esfuerzo monumental de carácter internacional que implica a miles de científicos ha merecido el premio Nobel de Física. Las máquinas están ahora paradas para mejorar su sensibilidad y reanudarán la actividad a mediados del año que viene. Antes, este otoño, se presentarán nuevos resultados de la fase final de las observaciones de 2020 y puede haber más sorpresas.

Como se ha dicho repetidamente, las ondas gravitacionales son una nueva ventana al Universo. Aparte de agujeros negros y estrellas de neutrones, todo tipo de caos colosales pueden hacer que el espacio tiempo suene, como señala Janna Levin en su libro El blues de los agujeros negros (editorial Capitán Swing). Es una interesante crónica de las ondas gravitacionales –"un registro sónico de la historia del Universo" en sus palabras– y, sobre todo, del devenir complejo y difícil del proyecto LIGO que ahora triunfa.