Después de realizar un inventario cósmico de clases para calcular y categorizar los agujeros negros estelares remanentes, los astrónomos de la Universidad de California, Irvine han concluido que hay probablemente decenas de millones de estos objetos enigmáticos, oscuros en la vía Láctea, mucho más de lo esperado.
(de izquierda a derecha) James Bullock, Presidente y profesor de física y astronomía; Manoj Kaplinghat, profesor de física y astronomía; y Oliver Elbert, física y estudiante de posgrado en astronomía. Crédito: Steven Zylius/UCI
"Creemos que hemos demostrado que hay tantos como 100 millones de agujeros negros en nuestra galaxia", dijo el catedrático de UCI y profesor de física y astronomía James Bullock, coautor de un documento de investigación sobre el tema en el número actual de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
El censo celestial de la UCI comenzó hace más de un año y medio, poco después de la noticia de que el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, o LIGO, había detectado ondas en el continuo espacio-tiempo creado por la colisión distante de dos agujeros negros, cada uno del tamaño de 30 soles.
"Fundamentalmente, la detección de las ondas gravitacionales fue un gran problema, ya que era una confirmación de una predicción clave de la teoría general de la relatividad de Einstein", dijo Bullock.
"Pero entonces miramos más de cerca a la astrofísica del resultado real, una fusión de 2 agujeros negros con masa solar de 30 soles."
Eso fue simplemente asombroso y nos hizo preguntar: "¿Qué tan comunes son los agujeros negros de este tamaño, y con qué frecuencia se fusionan?"
Él dijo que los científicos asumen que la mayoría de los agujeros negros estelares-remanentes-que resultan del derrumbamiento de estrellas masivas en el final de sus vidas-serán alrededor de la misma masa que nuestro sol.
Ver la evidencia de dos agujeros negros de tales proporciones épicas que finalmente se unían en una colisión catastrófica, tenía algunos astrónomos rascándose la cabeza.
El trabajo de UCI fue una investigación teórica sobre la "rareza del descubrimiento Ligo", dijo Bullock.
La investigación, liderada por el candidato doctoral Oliver Elbert, fue un intento de interpretar las detecciones de ondas gravitacionales a través de la lente de lo que se conoce sobre la formación de galaxias y formar un marco para entender los futuros acontecimientos.
"Basándonos en lo que sabemos acerca de la formación estelar en galaxias de diferentes tipos, podemos deducir cuándo y cuántos agujeros negros hay formados en cada galaxia", dijo Elbert.
"Las grandes galaxias son el hogar de las estrellas mayores, y también albergan agujeros negros más viejos."
Según el coautor Manoj Kaplinghat, catedrático de física y Astronomía de la UCI, el número de agujeros negros de una determinada masa por galaxia dependerá del tamaño de la galaxia.
La razón es que las galaxias más grandes tienen muchas estrellas ricas en metales, y las galaxias enanas más pequeñas están dominadas por grandes estrellas de baja metalidad.
Las estrellas que contienen un montón de elementos más pesados, como nuestro sol, derramaron una gran cantidad de esa masa sobre sus vidas.
Cuando llega el momento de que uno termine todo en una supernova, no hay tanta materia que queda para colapsar en sí mismo, lo que resulta en un agujero negro de masa inferior.
Las grandes estrellas con bajo contenido de metal no derraman tanto de su masa con el tiempo, así que cuando una de ellos muere, casi toda su masa se enrollará en el agujero negro.
"Tenemos una comprensión bastante buena de la población global de estrellas en el universo y su distribución masiva a medida que nacen, por lo que podemos decir cuántos agujeros negros se han formado con 100 masas solares frente a 10 masas solares", dijo Bullock.
"Hemos sido capaces de averiguar cuántos agujeros negros grandes deben existir, y terminó siendo en los millones-mucho más de lo que esperaba."
Además, para arrojar luz sobre los fenómenos subsiguientes, los investigadores de la UCI intentaron determinar con qué frecuencia se producen los agujeros negros en pares, con qué frecuencia se fusionan y cuánto tiempo toma.
Se preguntaban si los agujeros negros de 30 masas solares detectados por LIGO nacieron hace miles de millones de años y tardaron mucho tiempo en fusionarse o llegaron a ser más recientemente (en los últimos 100 millones años) y se fusionaron poco después.
"Mostramos que sólo 0,1 a 1 por ciento de los agujeros negros formados tienen que fusionarse para explicar lo que LIGO vio", dijo Kaplinghat.
"Por supuesto, los agujeros negros tienen que acercarse lo suficiente para fusionarse en un tiempo razonable, lo cual es un problema abierto."
Elbert dijo que espera muchas más detecciones de ondas de gravitación para que él y otros astrónomos puedan determinar si los agujeros negros chocan sobre todo en galaxias gigantes.
Eso, dijo, les diría algo importante acerca de la física que los conduce a unirse.
Según Kaplinghat, es posible que no tengan que esperar demasiado tiempo, relativamente hablando.
"Si las ideas actuales sobre la evolución estelar son correctas, entonces nuestros cálculos indican que las fusiones de incluso agujeros negros de 50 masas solares serán detectados en pocos años", dijo.