Por primera vez, científicos han confirmado inequívocamente la colisión de un agujero negro y una estrella de neutrones: el momento en que dos objetos extremos se juntan en un acontecimiento tan inmensamente poderoso, que sus ondas a través del cosmos todavía se pueden discernir mil millones de años después.

Sorprendentemente, este descubrimiento astronómico se ha producido no una, sino dos veces.

El par de colisiones se detallan en un nuevo estudio publicado en la revista Astrophysical Journal Letters, en el que participan más de 1.000 científicos de las colaboraciones LIGO/Virgo y KAGRA, un esfuerzo multinacional para buscar ondas gravitacionales. Los dos eventos recién descritos se denominan GW200105 y GW200115, por la fecha en que fueron descubiertos, y proporcionan la primera prueba definitiva de una fusión esquiva.

El primer evento, GW200105, se detectó el 5 de enero de 2020, e implicó a un agujero negro (con unas nueve veces la masa del Sol, o 8,9 masas solares) que colisionó con una estrella de neutrones de 1,9 masas solares. Esta colisión tuvo lugar hace unos 900 millones de años, aunque acabamos de detectar las ondas gravitacionales que surgen de la fusión de los dos objetos.

GW200115, detectado el 15 de enero de 2020, es aún más antiguo, ya que se produjo cuando un sistema binario NSBH – una colisión "mixta" que representa la fusión de una estrella de neutrones con un agujero negro– se unió hace unos mil millones de años en la fusión de un agujero negro de 6 masas solares y una estrella de neutrones de 1,5 masas solares.

"Estas colisiones han sacudido el Universo hasta su núcleo y hemos detectado las ondas que han enviado a través del cosmos", dice la astrofísica Susan Scott de la Universidad Nacional de Australia (ANU), según se lee en el comunicado de prensa de Centro de Excelencia para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav). "Cada colisión no es sólo el encuentro de dos objetos masivos y densos. Es realmente como Pac-Man, con un agujero negro que se traga entera a su estrella de neutrones compañera", añade.

Primero de su tipo

Antes de la doble detección, los astrónomos solo habían encontrado agujeros negros fusionándose con agujeros negros y estrellas de neutrones fusionándose con estrellas de neutrones. "Hemos estado esperando que, en algún momento, se detectara un sistema con uno de cada uno", afirma Susan Scott. Ahora lo han conseguido.

"Es la primera vez que realmente hemos podido detectar una estrella de neutrones y un agujero negro colisionando entre sí en cualquier lugar del universo", dijo Patrick Brady, profesor de física de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee que actúa como portavoz de la Colaboración Científica LIGO.

Naciente campo de la astronomía de ondas gravitacionales

Los astrónomos habían sospechado que existían emparejamientos de agujeros negros y estrellas de neutrones. Pero hasta ahora no se había confirmado. El descubrimiento ayuda a completar los conocimientos sobre los sistemas estelares binarios que pueblan el universo, al tiempo que plantea preguntas sobre por qué los astrónomos nunca han visto un par de este tipo en nuestra Vía Láctea.

"Es un hito impresionante para el naciente campo de la astronomía de ondas gravitacionales", afirma el astrofísico Rory Smith, del OzGrav de la Universidad de Monash.

"Las estrellas de neutrones que se fusionan con agujeros negros son uno de los fenómenos más extremos del Universo. La observación de estas colisiones abre nuevas vías para aprender sobre la física fundamental, así como sobre cómo nacen, viven y mueren las estrellas."

En apenas media década desde el primer descubrimiento confirmado de las ondas gravitacionales, los investigadores han detectado estas ondas a partir de docenas de sucesos: en total, unos 50 casos individuales de agujeros negros que colisionan con otros agujeros negros, o de estrellas de neutrones que colisionan con otras estrellas de neutrones.

FEW (OzGrav, Astrophysical Journal Letters, The New York Times)