Un equipo de investigadores del grupo Gravity de la Universidad de las Islas Baleares (UIB), liderado por la menorquina Alicia Sintes, ha participado en la detección, el pasado 29 de mayo de 2023, de la fusión entre una estrella de neutrones y un objeto compacto desconocido.
Los detectores de la colaboración internacional LIGO-Virgo-KAGRA captaron la onda gravitacional generada por la fusión con un objeto desconocido de una masa mayor que la esperada por una estrella de neutrones y más pequeña que un agujero negro, ha informado la UIB en un comunicado.
La detección de la señal de ondas gravitacionales GW230529 se produjo durante la primera parte del cuarto período de observación (04a) de los detectores, del 24 de mayo de 2023 al 16 de enero de 2024.
Esta onda gravitacional habría sido causada por la fusión de una estrella de neutrones de entre 1,2 y 2 masas solares y un objeto compacto desconocido de entre 2,5 y 4,5 masas solares, mayor que la esperada para ser una estrella de neutrones y más pequeña que un agujero negro.
La masa de este objeto desconocido desafía a los modelos actuales de poblaciones de agujeros negros y estrellas de neutrones, que proponían la existencia de una brecha en la distribución de objetos compactos, según la cual no podrían existir objetos en el intervalo entre 3 y 5 masas solares. Hasta ahora, las estrellas de neutrones detectadas tienen menos de 3 masas solares, mientras que los agujeros negros tendrían más de 5 masas solares.
Observaciones recientes de ondas gravitacionales habrían propuesto la existencia de objetos situados en esa brecha de masas. En una detección anterior, GW190814, se estimó que uno de los objetos causantes se situaría entre 2,5 y 2,7 masas solares, más elevada que la estrella de neutrones más pesada observada hasta ahora, pero mucho menor que las masas de agujeros negros. Sin embargo, este evento no tenía certeza en la brecha de masas.
Las fusiones de estrellas de neutrones y agujeros negros son eventos poco frecuentes. Por eso, cada nueva detección es extremadamente valiosa para el estudio de los índices de fusión, y para la caracterización de las poblaciones de agujeros negros y estrellas de neutrones, que es uno de los objetivos de la astronomía de las ondas gravitacionales.
Los investigadores de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA señalan que la naturaleza del objeto desconocido hace de GW230529 un candidato firme para redefinir los modelos de poblaciones de agujeros negros y estrellas de neutrones.
El proceso de formación que dio lugar a GW230529 es incierto. Los investigadores manejan dos escenarios plausibles. El primero sería la formación por retroceso, donde el colapso del núcleo de una supernova da lugar a un agujero negro (y no a una estrella de neutrones) debido a la acumulación de material residual procedente del núcleo.
Resultados recientes de modelos numéricos han demostrado que la formación de agujeros negros de entre 3 y 6 masas solares es posible mediante este mecanismo de formación.
A día de hoy, los modelos de colapso del núcleo siguen presentando grandes incertidumbres en cuanto al resultado del proceso, por lo que resulta difícil determinar con precisión los límites de las masas de los objetos compactos. GW230529 es, por tanto, un valioso recurso para restringir estos modelos.
Otro escenario posible para la formación del componente primario es a través de una fusión binaria de estrellas de neutrones. En ese caso se podría imaginar que la componente secundaria es miembro de un antiguo sistema triple o cuádruple, o que la capturó mientras evolucionaba en un cúmulo estelar joven o en un núcleo galáctico activo. Tampoco podría excluirse un origen no estelar, como un agujero negro primordial.
El estudio de otros sistemas en la brecha de masa, como GW230529, permitirá refinar la comprensión de las poblaciones de agujeros negros y estrellas de neutrones. Esto, a su vez, permitirá comprender mejor sus mecanismos de formación y, en el caso de las estrellas de neutrones, su estructura interna.
El Gravity de la UIB es el único grupo español de investigadores que ha participado en todas las detecciones de ondas gravitacionales a través de la Colaboración Científica LIGO. Además, desempeña un papel destacado en la misión espacial LISA, aprobada recientemente por la Agencia Espacial Europea (ESA) para hacer realidad la construcción del primer observatorio espacial de ondas gravitacionales.
Varios modelos de forma de onda desarrollados por el grupo Gravity-UIB se han utilizado para el análisis de GW230529. Estos modelos incorporan efectos físicos clave, dada la naturaleza incierta de los objetos compactos de la fuente.
El grupo Gravity, encabezado por Alicia Sintes, es miembro del Instituto de Aplicaciones Computacionales de Código Comunitario (IAC3) de la UIB y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC).
