Un inventario cósmico en la UC Irvine para calcular y categorizar agujeros negros de remanentes estelares ha revelado que hay decenas de millones de estos objetos enigmáticos y oscuros en la Vía Láctea.
"Creemos que hemos demostrado que hay hasta 100 millones de agujeros negros en nuestra galaxia", dijo el profesor de física y astronomía James Bullock, coautor de un trabajo de investigación sobre el tema en la edición actual de 'Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'.
El censo celeste de la UC Irvine comenzó hace más de un año y medio, poco después de la noticia de que el Observatorio de que el experimento LIGO detectase ondulaciones en el espacio-tiempo creado por la lejana colisión de dos agujeros negros del tamaño de 30 soles.
"Fundamentalmente, la detección de ondas gravitatorias fue un gran logro, ya que era una confirmación de una predicción clave de la teoría general de la relatividad de Einstein", dijo Bullock. "Pero luego miramos más de cerca la astrofísica del resultado real, una fusión de dos agujeros negros de 30 masas solares. Eso fue simplemente asombroso y nos hizo preguntar, '*Cómo de comunes son los agujeros negros de este tamaño, y con qué frecuencia se unen?", añade.
Según Bullock, los científicos asumen que la mayoría de los agujeros negros resultado de remanentes estelares --que resultan del colapso de estrellas masivas al final de sus vidas-- serán aproximadamente la misma masa que el Sol. Ver la evidencia de dos agujeros negros de proporciones tan épicas que finalmente se unieron en una colisión cataclísmica hizo que algunos astrónomos 'se rascasen la cabeza'.
El trabajo de la UC Irvine fue una investigación teórica sobre la "rareza del descubrimiento de LIGO", señala Bullock. La investigación, dirigida por el doctor 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 de formar un marco para la comprensión de los sucesos futuros.
"Basándonos en lo que sabemos acerca de la formación de estrellas en galaxias de diferentes tipos, podemos inferir cuándo y cuántos agujeros negros se formaron en cada galaxia", afirma Elbert. "Las galaxias grandes son el hogar de las estrellas más viejas, y albergan agujeros negros más viejos también", agrega.
Según el coautor Manoj Kaplinghat, profesor de física y astronomía, el número de agujeros negros de una masa dada por galaxia dependerá del tamaño de la galaxia.
ESTRELLAS RICAS EN METALES EN LAS GALAXIAS MÁS GRANDES
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 metalicidad. Las estrellas que contienen muchos elementos más pesados, como nuestro sol, arrojan mucha de esa masa sobre sus vidas. Cuando llega el momento de que todo termine en una supernova, no queda tanta materia para colapsar sobre sí misma, resultando en un agujero negro de menor masa. Grandes estrellas con bajo contenido de metal no arrojan gran parte de su masa en el tiempo, por lo que cuando uno de ellas muere, casi toda su masa se enrollará en el agujero negro.
"Tenemos una muy buena comprensión de la población total de estrellas en el universo y su distribución de masas a medida que nacen, así que podemos decir cuántos agujeros negros se habrían formado con 100 masas solares versus 10 masas solares", indica Bullock. "Fuimos capaces de averiguar cuántos grandes agujeros negros debían existir, y terminaron siendo millones, mucho más de lo que esperaba", dice.
Además, para arrojar luz sobre fenómenos venideros, los investigadores de la UCI trataron de determinar la frecuencia con que los agujeros negros se dan en parejas, la frecuencia con la que se fusionan y el tiempo que les toma. Se preguntaron si los 30 agujeros negros de masa solar detectados por LIGO nacieron hace miles de millones de años y tardaron mucho en fusionarse o surgieron más recientemente (en los últimos 100 millones de años) para fusionarse poco después.
"Mostramos que sólo del 0,1 al 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 que es un problema abierto", afirma el experto.
Elbert dijo que espera muchas más detecciones de ondas de gravitación para que él y otros astrónomos puedan determinar si los agujeros negros chocan principalmente en galaxias gigantes. Eso, dijo, les diría algo importante sobre la física que los impulsa a unirse.
Según Kaplinghat, pueden no tener que esperar demasiado tiempo, relativamente hablando. "Si las ideas actuales sobre la evolución estelar son correctas, entonces nuestros cálculos indican que las fusiones de agujeros negros de 50 masas de masas solares serán detectadas en pocos años", concluye.
