El 21 de mayo de 2019, desde una distancia de 7 mil millones de a\u00f1os luz de distancia, nuestros detectores de ondas gravitacionales fueron sacudidos por la colisi\u00f3n m\u00e1s masiva hasta la fecha. A partir del an\u00e1lisis de la se\u00f1al, los astr\u00f3nomos concluyeron que la detecci\u00f3n fue el resultado de dos agujeros negros chocando entre s\u00ed, con un peso de 66 y 85 veces la masa del Sol, respectivamente.<\/p>\n\n\n\n
Pero, \u00bfy si fuera otra cosa? Un nuevo estudio ofrece una interpretaci\u00f3n diferente del evento. Es posible, seg\u00fan un equipo internacional de astrof\u00edsicos, que los dos objetos no fueran agujeros negros en absoluto, sino objetos te\u00f3ricos misteriosos llamados estrellas de bosones, potencialmente compuestos de candidatos esquivos para la materia oscura.<\/p>\n\n\n\n
El evento de ondas gravitacionales, llamado GW 190521, fue un descubrimiento espectacular. El objeto que result\u00f3 de la fusi\u00f3n de los dos objetos habr\u00eda sido un agujero negro de aproximadamente 142 veces la masa del Sol, dentro del rango de masa intermedio que nunca antes se hab\u00eda detectado un agujero negro, llamado brecha de masa superior del agujero negro.<\/p>\n\n\n\n
Eso fue extremadamente bueno, pero hab\u00eda un gran enigma: el agujero negro de 85 masas solares supuestamente involucrado en la colisi\u00f3n. Seg\u00fan nuestros modelos, los agujeros negros de m\u00e1s de 65 masas solares no pueden formarse a partir de una sola estrella, como los agujeros negros de masa estelar.<\/p>\n\n\n\n
Esto se debe a que las estrellas precursoras que producir\u00edan un agujero negro en este rango de masas son tan masivas que sus supernovas, conocidas como supernovas de inestabilidad de pares, deber\u00edan borrar por completo el n\u00facleo estelar, sin dejar nada que pudiera colapsar gravitacionalmente en un agujero negro.<\/p>\n\n\n\n
Si bien nuestra comprensi\u00f3n de la formaci\u00f3n de estrellas como ‘gemelos’ no permite claramente que los pares de agujeros negros estelares nazcan lo suficientemente cerca como para combinarse, es probable que la explicaci\u00f3n sea la fusi\u00f3n de dos agujeros negros m\u00e1s peque\u00f1os. Pero si nos basamos solo en los datos, otro modelo encaja a\u00fan mejor.<\/p>\n\n\n\n
Es posible que el agujero negro fuera el producto de una fusi\u00f3n anterior entre dos agujeros negros m\u00e1s peque\u00f1os. Es posible que el agujero negro fuera el producto de una fusi\u00f3n anterior entre dos agujeros negros m\u00e1s peque\u00f1os. Liderado por Juan Calder\u00f3n Bustillo del Instituto Gallego de F\u00edsica de Altas Energ\u00edas en Espa\u00f1a, el equipo de investigaci\u00f3n ha determinado que las estrellas de bosones ser\u00edan una combinaci\u00f3n perfecta para los n\u00fameros.<\/p>\n\n\n\n
“Nuestros resultados muestran que los dos escenarios son casi indistinguibles dados los datos, aunque se prefiere ligeramente la hip\u00f3tesis de la estrella de bosones ex\u00f3ticos”, dijo el astrof\u00edsico Jos\u00e9 Font de la Universidad de Valencia en Espa\u00f1a.<\/p>\n\n\n\n
“Esto es muy emocionante, ya que nuestro modelo de estrella-bos\u00f3n es, a partir de ahora, muy limitado y sujeto a mejoras importantes. Un modelo m\u00e1s evolucionado puede conducir a evidencia a\u00fan mayor para este escenario y tambi\u00e9n nos permitir\u00eda estudiar la gravitacionalidad anterior. observaciones de ondas bajo el supuesto de fusi\u00f3n bos\u00f3n-estrella”.<\/p>\n\n\n\n
Las estrellas bosones son, por el momento, puramente te\u00f3ricas y nunca antes se hab\u00edan detectado, pero son de creciente inter\u00e9s para los astr\u00f3nomos, particularmente en la b\u00fasqueda de materia oscura.<\/p>\n\n\n\n
Son, como los agujeros negros, predichos por la relatividad general y pueden crecer hasta millones de masas solares en un tama\u00f1o muy compacto.<\/p>\n\n\n\n
Como hemos informado anteriormente, donde las estrellas est\u00e1n compuestas principalmente de part\u00edculas llamadas fermiones (protones, neutrones, electrones, la materia que forma partes m\u00e1s sustanciales de nuestro Universo), las estrellas de bosones estar\u00edan compuestas en su totalidad por bosones. Estas part\u00edculas, incluidos los fotones, los gluones y el famoso bos\u00f3n de Higgs, no siguen las mismas reglas f\u00edsicas que los fermiones.<\/p>\n\n\n\n
Los fermiones est\u00e1n sujetos al principio de exclusi\u00f3n de Pauli, lo que significa que no se pueden tener dos o m\u00e1s part\u00edculas con los mismos estados cu\u00e1nticos exactos, lo que incluye el espacio en el que se encuentran. Los bosones, sin embargo, pueden superponerse; cuando se juntan, act\u00faan como una gran part\u00edcula u onda de materia. Sabemos esto porque se ha realizado en un laboratorio, produciendo lo que llamamos un condensado de Bose-Einstein.<\/p>\n\n\n\n
En el caso de las estrellas de bosones, las part\u00edculas pueden comprimirse en un espacio que se puede describir con valores distintos o puntos en una escala. Dado el tipo correcto de bosones en los arreglos correctos, este ‘campo escalar’ podr\u00eda caer en un arreglo relativamente estable.<\/p>\n\n\n\n
Las estrellas de bosones en realidad podr\u00edan parecerse mucho a los agujeros negros, excepto por una caracter\u00edstica: no tienen una superficie absorbente que detenga los fotones, o un horizonte de eventos, por lo que parecer\u00edan totalmente transparentes. B\u00e1sicamente son gotas compactas de condensado de Bose-Einstein en el espacio.<\/p>\n\n\n\n
Ir\u00f3nicamente, las innumerables part\u00edculas que componen estrellas tan masivas necesitar\u00edan ser incre\u00edblemente ligeras, con millones de veces menos masa que los electrones.<\/p>\n\n\n\n
Curiosamente, este tipo de bos\u00f3n ultraligero tambi\u00e9n ser\u00eda un candidato para la materia oscura, la masa desconocida e invisible responsable de toda la gravedad adicional que flota alrededor del Universo y que no podemos explicar. Entonces, encontrar estrellas de bosones ayudar\u00eda al menos de alguna manera a resolver uno de los mayores misterios del cosmos.<\/p>\n\n\n\n
Seg\u00fan los c\u00e1lculos del equipo, si GW 190521 fuera una fusi\u00f3n entre dos estrellas de bosones, las masas y distancias involucradas ser\u00edan diferentes, pero resolver\u00eda el problema de ese agujero negro de 85 masas solares.<\/p>\n\n\n\n
“Primero, ya no estar\u00edamos hablando de la colisi\u00f3n de agujeros negros, lo que elimina el problema de lidiar con un agujero negro ‘prohibido'”, dijo Calder\u00f3n Bustillo.<\/p>\n\n\n\n
En segundo lugar, debido a que las fusiones de estrellas de bosones son mucho m\u00e1s d\u00e9biles, inferimos una distancia mucho m\u00e1s cercana que la estimada por LIGO y Virgo. Esto conduce a una masa mucho mayor para el agujero negro final, de unas 250 masas solares, por lo que el hecho de que han presenciado la formaci\u00f3n de un agujero negro de masa intermedia sigue siendo cierto”.<\/p>\n\n\n\n
En el escenario del equipo, cuando las dos estrellas de bosones chocaron, formaron una estrella de bosones m\u00e1s grande que podr\u00eda haberse vuelto inestable y colapsar en un agujero negro, por lo que en realidad es imposible saber si la interpretaci\u00f3n de la estrella de bosones es correcta, incluso si pudi\u00e9ramos ver claramente a lo largo de la distancia revisada de 1.900 millones de a\u00f1os luz.<\/p>\n\n\n\n
En cambio, el an\u00e1lisis nos brinda las herramientas para estudiar los eventos de ondas gravitacionales de masa intermedia en el contexto de las estrellas de bosones y los agujeros negros, con la esperanza de encontrar respuestas en el futuro.<\/p>\n\n\n\n
“Si se confirma mediante el an\u00e1lisis posterior de esta y otras observaciones de ondas gravitacionales”, dijo el astrof\u00edsico Carlos Herdeiro de la Universidad de Aveiro en Espa\u00f1a, “nuestro resultado proporcionar\u00eda la primera evidencia observacional de un candidato de materia oscura buscado durante mucho tiempo”.<\/p>\n\n\n\n