T.E.L: 2 min.
Sobre los recientes descubrimientos de NANO-Grav.
Esta semana conocimos los resultados de un estudio de 15 años de púlsares que concluye en la detección de un mar de ondas gravitacionales de baja frecuencia.
La gran pregunta es ¿qué proceso puede producir esas ondas?
Una posibilidad es que se trate de la fusión de agujeros negros supermasivos. En galaxias masivas suele haber un agujero supermasivo central. Cuando dos grandes galaxias se fusionan, sus agujeros negros se orbitan. Pero para que se fusionen deben acercarse cada vez más, es decir, deben perder momento angular. Hay procesos conocidos que pueden lograr esto: en las órbitas de estos dos agujeros hay gas y estrellas y su interacción con estos permite que se puedan acercar.
Pero cuando los agujeros están a una distancia de 1 pársec (3,26 años luz), las estrellas al interactuar con los agujeros, salen despedidas.
Hemos contado aquí recientemente de este tipo de procesos gravitatorios por los cuales las estrellas salen eyectadas del centro galáctico. Esto no significa que la gravedad es repulsiva. Por contrario, es fruto de las fuerzas de marea.
Por este motivo, cuando los agujeros están muy cerca, se quedan sin estrellas, que salieron expulsadas. ¿Cómo hacen para seguir acercándose para fusionarse?
Al orbitar muy cerca, se producen ondas gravitacionales, pero para explicar las ondas registradas recientemente, haría falta que se encontraran finalmente estos objetos densos colapsados.
EL CASO DE PKS 1302–102
El cuásar PKS 1302–102 se conoce hace décadas, pero recién en 2005 se halló evidencia que sugería que contenía un agujero supermasivo binario. Y que sus componentes estarían a 0,01 pársecs de distancia.
Sin embargo, la sugerencia de que el cuásar contiene un sistema binario de agujeros negros supermasivos fue puesta en duda. Se llegó a esa conclusión al notar una variabilidad en las observaciones, que podría ser causada por otras razones. Para desambiguar es necesario recolectar más y mejores datos.
Se ha pensado que una cierta cantidad de gas entre los agujeros podría acretarse hasta formar nuevas estrellas; o bien que actúe un tercer agujero negro masivo como posibles escenarios que lleven a una fusión. En todos los casos, cabe pensar si el tiempo ya pasado del Universo es suficiente como para producir agujeros supermasivos, fusiones de galaxias masivas y, finalmente, fusiones de agujeros negros masivos, dado que cada proceso puede llevar mucho tiempo.
SIMULACIONES
Un trabajo de Taeho Ryu (2017) evaluó el asunto con simulaciones y dos modelos: el modelo ELC ("empty loss cone model") en el cual, al estar muy cerca los agujeros negros se detiene la fricción dinámica. El otro escenario es el FLC ("full loss cone model") en el el que la fricción dinámica juega un rol hasta el final.
Según ese estudio, es posible la fusión de agujeros supermasivos en un tiempo astronómicamente plausible y que generarían ondas gravitacionales como las que se acaban de detectar.
Sin embargo, hay otros modelos que pueden explicar el origen de este tipo de ondas gravitacionales. De modo que asistimos al primer episodio de una serie que tendrá varias temporadas. Eso sí: una serie con mucha onda.☉
Fuentes y enlaces relacionados
Drop the Bass: Evidence for a Gravitational Wave Background from a Galaxy-sized Detector
PKS 1302–102 and the final parsec problem
The Final Parsec Problem
Milos Milosavljevic (Caltech), David Merritt (Rutgers)
Interactions between multiple supermassive black holes in galactic nuclei: a solution to the final parsec problem
Taeho Ryu, Rosalba Perna, Zoltán Haiman, Jeremiah P. Ostriker, Nicholas C. Stone
Sobre las imágenes
Figure 2.8 of a thesis by Fazeel Mahmood Khan. Credit: Dr. Ingo Berentzen.
Ilustración Aurore Simonnet for the NANOGrav Collaboration
Gráfico de Taeho Ryu et al.
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