GW190521 vol dir “ona gravitacional observada el 21 de maig del 2019”. En efecte, aquella jornada, a les 03:02:29 UTC, els detectors d’Advanced LIGO i Advanced Virgo registraren un senyal ben nítid, amb una ratio senyal:soroll de 14,7, i una taxa estimada de falsa alarma de 1 en 4900 anys. Si hom assumeix que aquesta ona gravitacional fou el resultat d’una inspiral binària quasicircular, darrera hi hauria d’haver la fusió de dos forats negres, un de 71-106 masses solars i un altre de 48-83. Els científics de LIGO i Virgo publiquen avui a Physical Review Letters un article en el qual infereixen que la massa dels forats negres primaris es troba dins del gap causat per processos de supernova pulsacionals d’inestabilitat de par. El forat negre resultant tindria una massa, amb un 90% d’interval de credibilitat, de 126-170 masses solars, és a dir dins del rang d’un forat negre de massa intermèdia. Amb un desplaçament cap al vermell de 0,48-1,10, la distància d’aquest forat negre a la Terra seria de 2,7-7,7 gigaparsecs. Fusions d’aquesta mena tindrien lloc a una taxa de 0,02-0,43 fusions per gigaparsec cúbic i any. En un article paral·lel a The Astrophysical Journal Letters, els investigadors de LIGO i Virgo desgranen les propietats i implicacions de GW190521. D’una banda, troben improbable que GW190521 sigui un senyal amplificat per un efecte lent d’una fusió de forats negres menors. Així doncs, enumeren una sèrie d’implicacions sobre els models vigents de col·lapse estel·lar. Com es poden formar forats negres d’aquestes dimensions intermèdies? A través d’una sèrie de coalescències estel·lars múltiples o de fusions jeràrquiques de forats negres en el context d’un cúmul estel·lar o d’un nucli galàctic actiu? O potser som davant d’un objecte més exòtic, com un sistema binari altament excèntric de forats negres o d’un sistema binari de forats negres primordials?
L’astronomia d’ones gravitacionals
Els projectes d’Advanced LIGO i d’Advanced Virgo han obert una nova disciplina astronòmica: la detecció d’ones gravitacionals. En les dues primeres campanyes (O1 i O2), s’han detectat 10 fusions de sistemes binaris de forats negres i 1 inspiral de sistema binari d’estels de neutrons. La tercera campanya (O3) arrencà l’1 d’abril del 2019 i, com molts altres projectes, fou sospesa el 27 de març del 2020 com a conseqüència de la pandèmia de covid-19.
GW150914 i altres senyals detectats en O1 i O2 es corresponien a sistemes binaris de forats negres amb masses totals de 19-84 masses solars, mentre que les masses dels components individuals anaven de 8 a 50 masses solars. El senyal GW170817 podria correspondre a un sistema binari més massiu, però no es pot descartar que sigui un artefacte.
GW190521 seria una fusió de forats negres de més grans dimensions que les detectades fins ara. La massa total de la fusió seria de 150 masses solars, i el romanent seria de 140.
Un gap entre 64 i 135 masses solars
D’acord amb els models astrofísics actuals, estels amb una massa de nucli d’heli de 32-64 masses solars experimenten inestabilitat de par pulsacional, la qual cosa fa que els romanents resultants siguin de masses inferiors a 65 masses solars.
Estels amb una massa de nucli d’heli entre 64 i 135 masses solars serien encara més susceptibles a la inestabilitat de par i, d’acord amb els models, no haurien de deixar cap romanent compacte.
Estels amb una massa de nucli d’heli de més de 135 masses solars, en canvi, col·lapsarien directament a forats negres de massa intermèdia.
Així ens trobem, doncs, amb un gap teòric situat entre 64 i 135 masses solars: hom no esperaria trobar gaire objectes compactes d’aquesta massa, si no és a través de coalescències jeràrquiques de forats negres menors en el context d’un sistema estel·lar dens o de discs de nuclis galàctics actius. En el cas del GW190521, és molt probable que el component més massiu sigui dins d’aquest rang de 64-135 masses solars.
Els forats negres intermedis, de masses situades entre 100 i 100.000 masses solars, són objectes assumits teòricament però no hi ha fins ara evidències directes de la seva existència. Els forats negres supermassius (>100.000 masses solars) que trobem en centres galàctics sí han estat detectats directament, com també els anomenats forats negres estel·lars (<100 masses solars).
De tota manera, sí que hi ha proves indirectes de l’existència de forats negres intermedis a través de l’observació de forats supermassius de centres galàctics, les mesures cinemàtiques de cúmuls estel·lars massius, o el rang de masses que presenten els cúmuls globulars.
Àrees del cel on se situaria l’objecte responsable de GW190521
Dins dels forats negres intermedis, la massa final de GW190521 quedaria en la part baixa del rang. Seria la primera detecció d’una fusió de forats negres estel·lars que genera un forat negre de massa intermèdia.
Lligams:
- GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150 M⊙. R. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). Physical Review Letters 125: 101102 (2020).
- Properties and Astrophysical Implications of the 150 M ⊙ Binary Black Hole Merger GW190521. R. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). The Astrophysical Journal Letters 900: 1 (2020).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada