Astrofísicos norteamericanos y europeos, con participación española, han predicho la existencia de agujeros negros binarios de 30 masas solares en galaxias similares a la Vía Láctea, desafiando teorías anteriores, gracias a un nuevo software de código abierto que hace simulaciones detalladas de estrellas individuales y binarias y predice su evolución.
El trabajo, que publica hoy la revista ‘Nature Astronomy’, ha utilizado por primera vez este software, denominado POSYDON, para investigar la fusión de agujeros negros binarios y ha proporcionado nuevos conocimientos sobre los mecanismos de formación de la fusión de agujeros negros en galaxias como la Vía Láctea.
Gracias a los importantes avances recientes del código POSYDON en la simulación de poblaciones de estrellas binarias, un equipo internacional de científicos liderado por la Universidad de Ginebra (UNIGE), con la participación del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), la Universidad Northwestern y la Universidad de Florida, han predicho que hay agujeros negros binarios de 30 masas solares en galaxias similares a la Vía Láctea.
Los agujeros negros de masa estelar son objetos celestes que nacen del colapso de estrellas que tienen masas de hasta cientos de veces la masa de Sol y su campo gravitatorio es tan intenso que ni la materia ni la radiación pueden evadirlos, lo que dificulta enormemente su detección.
Por eso, el hecho de que las ondas producidas por la fusión de dos agujeros negros fueran detectadas en 2015 por el Laser Interferometry Gravitational-waves Observatory (LIGO) fue un momento decisivo.
Según el equipo, los dos agujeros negros que se fusionaron en el origen de la señal tenían unas 30 veces la masa del sol y se encontraban a 1,500 millones de años luz de distancia.
Sin embargo, los agujeros negros siguen siendo un enigma para los científicos, que ahora han podido simular con este software poblaciones de estrellas binarias con la intención de obtener respuestas más precisas y reconciliar las predicciones teóricas con los datos de las observaciones.
“Como es imposible observar directamente la formación de agujeros negros binarios al fusionarse, es necesario confiar en simulaciones que reproduzcan sus propiedades de observación. Hacemos esto simulando los sistemas de estrellas binarias desde su nacimiento hasta la formación de los sistemas de agujeros negros binarios”, ha explicado Simone Bavera, astrónomo de la UNIGE.
“Esto es sólo el principio. La capacidad del software POSYDON para profundizar en la formación y evolución de la fusión de agujeros negros binarios nos da la esperanza de interpretar futuras observaciones de ondas gravitacionales“, ha asegurado el investigador del ICE-CSIC y del IEEC Konstantinos Kovlakas.
“Además, -ha añadido- proporciona un marco para comprender la física de las estrellas masivas, ya sea aisladas o que formen parte de un sistema binario, y sus fascinantes manifestaciones, como las binarias de rayos X, las supernovas de tipo Ia, las explosiones de rayos gamma y más”.
Interpretar los orígenes de la fusión de agujeros negros binarios, como los observados en 2015, requiere comparar las predicciones del modelo teórico con las observaciones reales, una técnica que simula la evolución de decenas de millones de sistemas estelares binarios para estimar las propiedades estadísticas de la población de fuentes de ondas gravitacionales resultantes.
Sin embargo, para lograr esto en un tiempo razonable, los investigadores hasta ahora se han basado en modelos que usan métodos aproximados para simular la evolución de las estrellas y sus interacciones binarias.
Diseñado como software de código abierto, POSYDON aprovecha un gran catálogo ya calculado de simulaciones detalladas de estrellas individuales y binarias para predecir la evolución de sistemas binarios aislados y lo hace, con métodos de aprendizaje automático en menos de un segundo, han resaltado los investigadores.
Los modelos anteriores a POSYDON predijeron una tasa de formación insignificante de agujeros negros binarios fusionados en galaxias similares a la Vía Láctea y no anticiparon la existencia de agujeros negros fusionados con una masa de hasta 30 veces la masa de nuestro Sol.
POSYDON ha demostrado que esos agujeros negros masivos podrían existir en galaxias similares a la Vía Láctea y ha logrado predicciones más precisas de la fusión de las propiedades de los agujeros negros binarios, como sus masas y espines.
Este estudio, el primero en usar el software POSYDON para investigar fusión de agujeros negros binarios, proporciona nuevos conocimientos sobre los mecanismos de la fusión de agujeros negros, según los investigadores, que ya están desarrollando actualmente una nueva versión de POSYDON, que incluirá una biblioteca más grande de simulaciones estelares y binarias detalladas y será capaz de simular en una gama más amplia de tipos de galaxias.
