Astronomía

GW de la fusión de estrellas de neutrones y agujeros negros

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Si se hubieran detectado ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros (BH) y estrellas de neutrones (NS), ¿por qué no se detectan agujeros negros fusionándose con estrellas de neutrones?

¿Por qué una fusión BH-NS debería ser un evento más raro que BH-BH y NS-NS?


No creo que tengamos una respuesta clara todavía. LIGO esperaba detectar fusiones de agujeros negros (BH) y se esperaba que detectaran fusiones de estrellas de neutrones (NS), sin embargo, las fusiones BH se observan con más frecuencia, en parte porque son más ruidosas y, por lo tanto, LIGO puede verlas desde más lejos y en parte porque el 20- 40 BHs de masa solar LIGO observados son más comunes de lo que esperábamos.

Los BH de este tamaño pueden formarse por la implosión de supernova de una estrella masiva, pero los BH formados de esta manera deberían ser bastante raros.También pueden formarse por la fusión de dos BH más pequeños, ¡que es exactamente lo que estaba observando LIGO! Parece probable que estos BH más grandes (pero aún de masa estelar) fueran producidos por fusiones anteriores.

Entonces, al final, la frecuencia de las detecciones de LIGO depende de dos cosas: la distribución real de los objetos en binarios: NS-NS, NS-BH y BH-BH y el volumen / brillo de las ondas gravitacionales emitidas por la fusión.

En general, los agujeros negros se forman a partir de estrellas más masivas que las estrellas de neutrones, y eso significa estrellas más raras. (Cuanto más masiva es una estrella, más rápido arroja masa a través de los vientos estelares).

Entonces, los sistemas NS-NS provienen de pares estelares menos masivos. Los sistemas NS-BH se forman de la misma manera, pero una de las estrellas originales es más masiva de lo que daría lugar a una NS. Por otro lado, los sistemas BH-BH que estamos detectando probablemente provienen de BH que en sí mismos fueron el resultado de fusiones en entornos estelares muy densos.

En consecuencia, no esperaríamos que las fusiones NS-BH estuvieran especialmente correlacionadas con las fusiones BH-BH, ya que los sistemas precursores se forman a través de diferentes mecanismos. Pero esperaríamos que las fusiones NS-BH fueran más raras que las fusiones NS-NS, ya que los sistemas precursores son más raros.

¡Hay un poco de saludo con la mano en eso! Intentaré encontrar algunos artículos sobre el tema. deber ser un montón.


Astrónomos espían un agujero negro devorando una estrella de neutrones

Charlie Wood es un periodista que cubre descubrimientos en las ciencias físicas tanto dentro como fuera del planeta. Su escritura ha aparecido en Revista Quanta, Ciencia Popular, y en otros lugares.
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AUTOR

Charlie Wood es un periodista que cubre descubrimientos en las ciencias físicas tanto dentro como fuera del planeta. Su escritura ha aparecido en Revista Quanta, Ciencia Popular, y en otros lugares.

Hace unos 870 millones de años, dos estrellas muertas se convirtieron en una. Su fusión sacudió el tejido del espacio con una onda gravitacional que barrió la Tierra el 14 de agosto de 2019, ondeando a través de tres pares de láseres cuidadosamente calibrados diseñados para detectar su paso. Un sistema automatizado envió una alerta preliminar 21 segundos después, haciendo vibrar los teléfonos inteligentes y haciendo ping a las computadoras portátiles de todo el mundo.

Unos años después del premio Nobel y de la primera detección de ondas gravitacionales que ganó el premio Nobel, que surgió de un par de agujeros negros en colisión, tales alertas se habían convertido en algo común. Esta vez, sin embargo, los astrofísicos supieron instantáneamente que el evento observado era especial. "Me quedé boquiabierto cuando vi los datos", dice Geoffrey Lovelace, de la Universidad Estatal de California, Fullerton, miembro de la Colaboración Científica del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO).

La ola fue detectada por LIGO en los EE. UU. Y el Observatorio Virgo en Italia a las 21:11:18 UTC del 14 de agosto de 2019. Una primera pasada automática la identificó como resultado de una fusión sin precedentes entre un par de cuerpos demasiado livianos para clasificar. enviando astrónomos luchando para buscar emisiones electromagnéticas adicionales del evento. El análisis posterior recategorizó la señal como una colisión entre un agujero negro y una estrella de neutrones, un remanente estelar en el que la gravedad comprime una masa entera de sol y rsquos en una bola del tamaño de una ciudad. Este puede ser el primer evento de este tipo detectado con confianza y, después de la fusión y fusión de agujeros negros y ndashblack entre dos estrellas de neutrones, la tercera variedad de colisión detectada por ondas gravitacionales. Si bien la clasificación sigue siendo incierta, este evento, ahora conocido como GW190814, marca el comienzo de una nueva era de estudios astrofísicos, con implicaciones sobre cómo los investigadores entienden la teoría general de la relatividad de Einstein & rsquos, la muerte de las estrellas y el comportamiento de la materia extrema.


¿Por qué detectarlos?

Históricamente, los científicos se han basado casi exclusivamente en la radiación electromagnética (EM) (luz visible, rayos X, ondas de radio, microondas, etc.) para estudiar el Universo. Algunos también están tratando de usar partículas subatómicas, llamadas neutrinos. Cada uno de estos & # 39 mensajeros & # 39 de información proporciona a los científicos una pero complementario vista del Universo.

Las ondas gravitacionales, sin embargo, no tienen ninguna relación con la radiación EM. Son tan distintos de la luz como lo es el oído de la visión. Imagínese que los humanos fueran una especie que solo tuviera ojos y no oídos. Puedes aprender mucho sobre el mundo que te rodea simplemente estudiando la luz de los objetos. Entonces, un día, alguien inventa algo que llaman oído. Este dispositivo detecta vibraciones en el aire o en el agua que no sabías que existían antes. ¡Este oído abre un campo de observación completamente nuevo al que no tenías acceso simplemente estudiando la radiación electromagnética! Como antena capaz de detectar vibraciones en el 'medio' del espacio-tiempo, LIGO es similar a un oído humano capaz de detectar vibraciones en un medio como el aire o el agua.

Esta es la forma en que LIGO ha abierto una nueva 'ventana' en el universo. Cosas como la colisión de agujeros negros son completamente invisibles para los astrónomos EM. Para LIGO, tales eventos son faros en el vasto mar cósmico.

Más importante aún, dado que las ondas gravitacionales interactúan muy débilmente con la materia (a diferencia de la radiación EM, que puede ser absorbida, reflejada, refractada o doblada), viajan a través del Universo prácticamente sin obstáculos, dándonos una visión clara del Universo de ondas gravitacionales. Las ondas transportan información sobre su origen que está libre de las distorsiones o alteraciones que sufre la radiación EM a medida que atraviesa el espacio intergaláctico.

Las ondas gravitacionales que detecta LIGO son causadas por algunos de los eventos más energéticos del Universo y por los agujeros negros que chocan, la fusión de estrellas de neutrones, la explosión de estrellas y posiblemente incluso el nacimiento del propio Universo. Detectar y analizar la información transportada por ondas gravitacionales nos permite observar el Universo de una manera nunca antes posible, proporcionando a los astrónomos y otros científicos sus primeros atisbos de literalmente invisible maravillas. LIGO ha eliminado un velo de misterio en el Universo y, al hacerlo, ha introducido nuevas y emocionantes investigaciones en física, astronomía y astrofísica.


Videos

Fusión de estrellas de neutrones (Crédito: Christopher W. Evans / Georgia Tech)

Chorros y escombros de la colisión de estrellas de neutrones (Crédito: NASA / Goddard Space Flight Center / CI Lab)

Última danza de la pareja de estrellas de neutrones (Crédito: W. Kastaun / T. Kawamura / B. Giacomazzo / R. Ciolfi / A. Endrizzi)

Ondas de gravedad, destellos de luz (Crédito: LIGO / Virgo)

Acercándonos a la fuente de ondas gravitacionales (Crédito: LIGO-Virgo)

Vuelo final del par de estrellas de neutrones (Crédito: LIGO-Virgo / Aaron Geller / Northwestern University)

Escuchando la ola (Crédito: Alex Nitz / Instituto Max Planck de Física Gravitacional / LIGO)


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Resultado de la investigación: Contribución a la revista ›Artículo› revisión por pares

T1 - Fusiones excéntricas agujero negro-neutrones-estrella

N2: en los próximos años, las ondas gravitacionales (GW) de la fusión de agujeros negros (BH) y estrellas de neutrones (NS) pueden detectarse directamente, lo que hace que una comprensión teórica completa de estos sistemas sea una alta prioridad. Como motivación adicional, estos sistemas pueden representar un subconjunto de progenitores de ráfagas de rayos gamma de corta duración. Se espera que las fusiones BH-NS sean el resultado de primordiales, inspirales cuasi-circulares y binarios de captura formados dinámicamente. Este último canal permite fusiones con alta excentricidad, lo que da como resultado una variedad más rica de resultados. Realizamos simulaciones relativistas generales de interacciones BH-NS con una variedad de parámetros de impacto y encontramos una variación significativa en las propiedades de estos eventos que tienen consecuencias potencialmente observables, a saber, la firma GW, la masa del disco de acreción remanente y la cantidad de material no ligado.

AB - En los próximos años, las ondas gravitacionales (GW) de la fusión de agujeros negros (BH) y estrellas de neutrones (NS) pueden detectarse directamente, lo que hace que una comprensión teórica completa de estos sistemas sea una alta prioridad. Como motivación adicional, estos sistemas pueden representar un subconjunto de progenitores de ráfagas de rayos gamma de corta duración. Se espera que las fusiones BH-NS sean el resultado de primordiales, inspirales cuasi-circulares y binarios de captura formados dinámicamente. Este último canal permite fusiones con alta excentricidad, lo que da como resultado una variedad más rica de resultados. Realizamos simulaciones relativistas generales de interacciones BH-NS con una variedad de parámetros de impacto y encontramos una variación significativa en las propiedades de estos eventos que tienen consecuencias potencialmente observables, a saber, la firma GW, la masa del disco de acreción remanente y la cantidad de material no ligado.


Los científicos de GW proponen un nuevo método para refinar la constante de Hubble: la expansión y la edad del universo (astronomía)

Un equipo de científicos internacionales, liderado por el Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE) y el Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav), ha propuesto un método simple y novedoso para reducir la precisión de las mediciones constantes de Hubble a 2%, utilizando una sola observación de un par de estrellas de neutrones fusionadas.

El Universo está en continua expansión. Debido a esto, los objetos distantes como las galaxias se alejan de nosotros. De hecho, cuanto más lejos están, más rápido se mueven. Los científicos describen esta expansión a través de un número famoso conocido como la constante de Hubble, que nos dice qué tan rápido se alejan de nosotros los objetos en el Universo dependiendo de su distancia a nosotros. Al medir la constante de Hubble de manera precisa, también podemos determinar algunas de las propiedades más fundamentales del Universo, incluida su edad.

Durante décadas, los científicos han medido la constante de Hubble con una precisión cada vez mayor, recolectando señales electromagnéticas emitidas en todo el Universo, pero llegando a un resultado desafiante: las dos mejores mediciones actuales dan resultados inconsistentes. Desde 2015, los científicos han tratado de abordar este desafío con la ciencia de las ondas gravitacionales: ondas en el tejido del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Las ondas gravitacionales se generan en los eventos cósmicos más violentos y proporcionan un nuevo canal de información sobre el Universo. Se emiten durante la colisión de dos estrellas de neutrones, los densos núcleos de las estrellas colapsadas, y pueden ayudar a los científicos a profundizar en el misterio constante del Hubble.

A diferencia de los agujeros negros, las estrellas de neutrones que se fusionan producen ondas gravitacionales y electromagnéticas, como rayos X, ondas de radio y luz visible. Mientras que las ondas gravitacionales pueden medir la distancia entre la fusión de estrellas de neutrones y la Tierra, las ondas electromagnéticas pueden medir qué tan rápido se aleja toda su galaxia de la Tierra. Esto crea una nueva forma de medir la constante de Hubble. Sin embargo, incluso con la ayuda de ondas gravitacionales, sigue siendo complicado medir la distancia a las fusiones de estrellas de neutrones y eso es, en parte, la razón por la que las mediciones actuales basadas en ondas gravitacionales de la constante de Hubble tienen una incertidumbre de

16%, mucho más grande que las medidas existentes utilizando otras técnicas tradicionales.

En un artículo publicado recientemente en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal Letters, un equipo de científicos liderado por ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) y el ex alumno de la Universidad de Monash, el profesor Juan Calderón Bustillo (ahora La Caixa Junior Leader y Marie Curie Fellow en Instituto Gallego de Física de Altas Energías de la Universidad de Santiago de Compostela, España), ha propuesto un método simple y novedoso para reducir la precisión de estas mediciones al 2% utilizando una sola observación de un par de estrellas de neutrones fusionadas.

Según el profesor Calderón Bustillo, es difícil interpretar qué tan lejos ocurren estas fusiones porque 'actualmente, no podemos decir si el binario está muy lejos y mirando hacia la Tierra, o si está mucho más cerca, con la Tierra en su plano orbital' . Para decidir entre estos dos escenarios, el equipo propuso estudiar componentes secundarios mucho más débiles de las señales de ondas gravitacionales emitidas por fusiones de estrellas de neutrones, conocidas como modos superiores. "Al igual que una orquesta toca diferentes instrumentos, las fusiones de estrellas de neutrones emiten ondas gravitacionales a través de diferentes modos", explica el profesor Calderón Bustillo. “Cuando las estrellas de neutrones fusionadas estén frente a ti, solo escucharás el instrumento más fuerte. Sin embargo, si está cerca del plano orbital de la fusión, también debería escuchar los secundarios. Esto nos permite determinar la inclinación de la fusión de estrellas de neutrones y medir mejor la distancia ”.

Sin embargo, el método no es completamente nuevo: “Sabemos que esto funciona bien para el caso de fusiones de agujeros negros muy masivas porque nuestros detectores actuales pueden registrar el instante de fusión cuando los modos superiores son más prominentes. Pero en el caso de las estrellas de neutrones, el tono de la señal de fusión es tan alto que nuestros detectores no pueden registrarlo. Solo podemos registrar las órbitas anteriores ”, dice el profesor Calderón Bustillo.

Los futuros detectores de ondas gravitacionales, como el proyecto australiano propuesto NEMO, podrán acceder a la etapa de fusión real de las estrellas de neutrones. `` Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan, la física nuclear que gobierna su materia puede causar señales muy ricas que, si se detectan, podrían permitirnos saber exactamente dónde se encuentra la Tierra con respecto al plano orbital de la fusión '', dice el coautor y OzGrav. El investigador jefe Dr. Paul Lasky, de la Universidad de Monash. El Dr. Lasky también es uno de los líderes del proyecto NEMO. "Un detector como NEMO podría detectar estas señales ricas", agrega.

En su estudio, el equipo realizó simulaciones por computadora de fusiones de estrellas de neutrones que pueden revelar el efecto de la física nuclear de las estrellas en las ondas gravitacionales. Al estudiar estas simulaciones, el equipo determinó que un detector como NEMO podría medir la constante de Hubble con una precisión del 2%.
El coautor del estudio, el profesor Tim Dietrich, de la Universidad de Potsdam, dice: `` Descubrimos que los detalles finos que describen la forma en que se comportan los neutrones dentro de la estrella producen firmas sutiles en las ondas gravitacionales que pueden ayudar en gran medida a determinar la tasa de expansión de la estrella. Universo. Es fascinante ver cómo los efectos a la escala nuclear más pequeña pueden inferir lo que sucede en la escala cosmológica más grande posible ”.

Samson Leong, estudiante de pregrado de la Universidad China de Hong Kong y coautor del estudio, señala que “una de las cosas más emocionantes de nuestro resultado es que obtuvimos una gran mejora considerando un escenario bastante conservador. Si bien NEMO será realmente sensible a la emisión de fusiones de estrellas de neutrones, los detectores más evolucionados como el Telescopio Einstein o el Explorador Cósmico serán aún más sensibles, lo que nos permitirá medir la expansión del Universo con una precisión aún mayor ”.

Una de las implicaciones más destacadas de este estudio es que podría determinar si el Universo se está expandiendo uniformemente en el espacio como se supone actualmente. "Los métodos anteriores para lograr este nivel de precisión se basan en la combinación de muchas observaciones, asumiendo que la constante de Hubble es la misma en todas las direcciones ya lo largo de la historia del Universo", dice Calderón Bustillo. "En nuestro caso, cada evento individual produciría una estimación muy precisa de" su propia constante de Hubble ", lo que nos permitirá probar si esto es realmente una constante o si varía a lo largo del espacio y el tiempo".

Foto principal: Ilustración artística de un par de estrellas de neutrones fusionadas. Crédito: Carl Knox, Universidad OzGrav-Swinburne

Referencia: Juan Calderón Bustillo et al. Mapeo de la expansión del universo: Habilitación de mediciones de nivel porcentual de la constante de Hubble con una única detección de fusión de estrellas de neutrones binarios, The Astrophysical Journal Letters (2021). DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abf502


Catálogo de eventos O1 / O2 Se publica el catálogo de eventos y artículos que estiman sus tasas detectadas en la primera (O1) y segunda (O2) ejecución de observación de LIGO-Virgo

El 1 de diciembre fue un día lleno de acontecimientos para la astronomía de ondas gravitacionales, ya que los científicos que asistieron al Taller de Física y Astronomía de Ondas Gravitacionales en College Park, Maryland, presentaron nuevos resultados del LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser) de la Fundación Nacional de Ciencias y el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser, con sede en Europa. -detector de ondas. Los resultados se referían a sus búsquedas de fusionar objetos cósmicos, como pares de agujeros negros y pares de estrellas de neutrones. Las colaboraciones de LIGO y Virgo ahora han detectado con confianza ondas gravitacionales de 10 fusiones de agujeros negros binarios de masa estelar y una fusión de estrellas de neutrones, que son los densos restos esféricos de explosiones estelares. Seis de los eventos de fusión de agujeros negros se habían informado antes, ¡mientras que cuatro se anunciaron recientemente!

Varios investigadores indios de ondas gravitacionales desempeñaron un papel importante en estas detecciones a través del consorcio #IndIGO, la Iniciativa india de observaciones de ondas gravitacionales.

La segunda ejecución de observación, que se llevó a cabo del 30 de noviembre de 2016 al 25 de agosto de 2017, produjo una fusión de estrellas de neutrones binarias y siete fusiones de agujeros negros binarios adicionales, ¡incluidos los cuatro nuevos eventos de ondas gravitacionales que se informan ahora! Se conocen como GW170729, GW170809, GW170818 y GW170823, en referencia a las fechas en que se detectaron.

¡Todos estos eventos están incluidos en el nuevo # o2catalog que también se lanzó el sábado! ¡Algunos de estos son eventos que rompen récords! Por ejemplo, el nuevo evento GW170729, detectado en la segunda ejecución de observación el 29 de julio de 2017, es la fuente de ondas gravitacionales más masiva y distante jamás observada. En esta fusión, que ocurrió hace aproximadamente 5 mil millones de años, ¡una energía equivalente de casi cinco masas solares se convirtió en radiación gravitacional!

GW170814 fue la primera fusión binaria de agujeros negros medida por la red de tres detectores y permitió las primeras pruebas de polarización de ondas gravitacionales (análoga a la polarización de la luz).

El evento GW170817, detectado tres días después de GW170814, representó la primera vez que se observaron ondas gravitacionales de la fusión de un sistema binario de estrellas de neutrones. Además, esta colisión se observó en ondas gravitacionales y luz, lo que marca un nuevo y emocionante capítulo en la astronomía de múltiples mensajeros, en el que los objetos cósmicos se observan simultáneamente en diferentes formas de radiación.

Uno de los nuevos eventos, GW170818, que fue detectado por la red global formada por los observatorios LIGO y Virgo, fue localizado con mucha precisión en el cielo. La posición de los agujeros negros binarios, ubicados a 2.500 millones de años luz de la Tierra, se identificó en el cielo con una precisión de 39 grados cuadrados. Eso la convierte en la siguiente mejor fuente de ondas gravitacionales localizada después de la fusión de estrellas de neutrones GW170817.

Los artículos científicos que describen estos nuevos hallazgos, que se están publicando inicialmente en el repositorio de preprints electrónicos arXiv, presentan información detallada en forma de catálogo de todas las detecciones de ondas gravitacionales y eventos candidatos de las dos ejecuciones de observación, además de describir las características. de la población fusionada de agujeros negros. En particular, encontramos que casi todos los agujeros negros formados a partir de estrellas son más ligeros que 45 veces la masa del Sol. Gracias a un procesamiento de datos más avanzado y una mejor calibración de los instrumentos, la precisión de los parámetros astrofísicos de los eventos previamente anunciados aumentó considerablemente.

A medida que se publican los resultados de la segunda ejecución de observación, ¡todos los ojos están ahora en la tercera ejecución de observación que comenzará en la primavera de 2019!


La fusión de estrellas de bosones podría explicar la colisión masiva de agujeros negros y demostrar la existencia de materia oscura

Impresión artística de la fusión de dos estrellas de bosones. Crédito: Nicolás Sanchis-Gual y Rocío García Souto.

Un equipo internacional de científicos liderado por el Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE) y la Universidad de Aveiro demuestra que la colisión de agujeros negros más intensa jamás observada, producida por la onda gravitacional GW190521, en realidad podría ser algo aún más misterioso: la fusión de dos estrellas de bosones. Esta sería la primera evidencia de la existencia de estos objetos hipotéticos, que son candidatos a la materia oscura, que se cree que comprenden el 27% de la masa del universo.

Las ondas gravitacionales son ondas en el tejido del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Estos se originan en los eventos más violentos del universo, llevando información sobre sus fuentes. Desde 2015, los dos detectores LIGO en los EE. UU. Y el detector Virgo en Cascina, Italia, han detectado e interpretado ondas gravitacionales. Hasta la fecha, estos detectores ya han observado alrededor de 50 señales de ondas gravitacionales. Todos estos se originaron en las colisiones y fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones, lo que permitió a los físicos profundizar el conocimiento sobre estos objetos.

Sin embargo, la promesa de ondas gravitacionales va mucho más allá, ya que eventualmente deberían proporcionarnos evidencia de objetos previamente no observados e incluso inesperados, y arrojar luz sobre misterios actuales como la naturaleza de la materia oscura. Sin embargo, es posible que esto último ya haya sucedido.

En septiembre de 2020, la colaboración entre LIGO y Virgo (LVC) anunció al mundo la señal de ondas gravitacionales GW190521. Según su análisis, la señal fue consistente con la colisión de dos agujeros negros pesados, de 85 y 66 veces la masa del sol, que produjo un agujero negro final con 142 masas solares. El agujero negro resultante fue el primero de una nueva familia de agujeros negros previamente no observada: agujeros negros de masa intermedia. Este descubrimiento es de suma importancia, ya que estos agujeros negros eran el eslabón perdido entre dos familias de agujeros negros bien conocidas: los agujeros negros de masa estelar que se forman a partir del colapso de las estrellas y los agujeros negros supermasivos que residen en el centro de casi todos. galaxia, incluida la Vía Láctea.

Además, esta observación supuso un enorme desafío. Si lo que creemos saber sobre cómo viven y mueren las estrellas es correcto, el más pesado de los agujeros negros en colisión (85 masas solares) no podría formarse a partir del colapso de una estrella al final de su vida, lo que abre un abanico de dudas. y posibilidades sobre sus orígenes.

En un artículo publicado hoy en Cartas de revisión física, un equipo de científicos liderado por el Dr. Juan Calderón Bustillo en el Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE), centro conjunto de la Universidad de Santiago de Compostela y Xunta de Galicia, y el Dr. Nicolás Sanchis-Gual, investigador postdoctoral en la Universidad de Aveiro y el Instituto Superior Técnico (Univ. Lisboa), junto con colaboradores de la Universidad de Valencia, la Universidad Monash y la Universidad China de Hong Kong, ha propuesto una explicación alternativa para el origen de la señal GW190521: la colisión de dos objetos exóticos conocidos como estrellas de bosones, que son uno de los candidatos más probables para explicar la materia oscura. En su análisis, el equipo pudo estimar la masa de una nueva partícula constituyente de estas estrellas, un bosón ultraligero con una masa miles de millones de veces más pequeña que los electrones.

El equipo comparó la señal GW190521 con simulaciones por computadora de fusiones de bosones y estrellas, y encontró que estas en realidad explican los datos un poco mejor que el análisis realizado por LIGO y Virgo. El resultado implica que la fuente tendría propiedades diferentes a las indicadas anteriormente. El Dr. Calderón Bustillo dice: "Primero, ya no estaríamos hablando de agujeros negros en colisión, lo que elimina el problema de lidiar con un agujero negro 'prohibido'. En segundo lugar, debido a que las fusiones de estrellas de bosones son mucho más débiles, inferimos una distancia mucho más cercana que la estimada por LIGO y Virgo. Esto conduce a una masa mucho mayor para el agujero negro final, de unas 250 masas solares, por lo que el hecho de que hemos presenciado la formación de un agujero negro de masa intermedia sigue siendo cierto ".

El Dr. Nicolás Sanchis-Gual dice: "Las estrellas bosones son objetos casi tan compactos como los agujeros negros pero, a diferencia de ellos, no tienen una superficie 'sin retorno'. Cuando chocan, forman una estrella bosón que puede volverse inestable, eventualmente colapsando en un agujero negro y produciendo una señal consistente con lo que observaron LIGO y Virgo. A diferencia de las estrellas regulares, que están formadas por lo que comúnmente conocemos como materia, las estrellas de bosones están formadas por lo que conocemos como bosones ultraligeros. Estos bosones son uno de los candidatos más atractivos para constituir lo que conocemos como materia oscura ".

El equipo descubrió que, aunque el análisis tiende a favorecer la hipótesis de la fusión de los agujeros negros, los datos prefieren una fusión de estrellas de bosones, aunque de una manera no concluyente. El profesor José A. Font de la Universidad de Valencia dice: "Nuestros resultados muestran que los dos escenarios son casi indistinguibles dados los datos, aunque se prefiere ligeramente la hipótesis de la estrella de bosón exótico. Esto es muy emocionante, ya que nuestro modelo de estrella de bosón es , a partir de ahora, muy limitado y sujeto a mejoras importantes. Un modelo más evolucionado puede conducir a una evidencia aún mayor para este escenario y también nos permitiría estudiar observaciones previas de ondas gravitacionales bajo el supuesto de fusión de estrellas y bosones ".

Este resultado no solo implicaría la primera observación de las estrellas de bosones, sino también la de su bloque de construcción, una nueva partícula conocida como bosón ultraligero. El profesor Carlos Herdeiro de la Universidad de Aveiro dice: "Uno de los resultados más fascinantes es que realmente podemos medir la masa de esta supuesta nueva partícula de materia oscura, y que un valor de cero se descarta con alta confianza. análisis de esta y otras observaciones de ondas gravitacionales, nuestro resultado proporcionaría la primera evidencia de observación de un candidato de materia oscura buscado durante mucho tiempo ".


Las fusiones de estrellas de neutrones y agujeros negros pueden ayudar a medir con precisión la tasa de expansión del universo

Las observaciones electromagnéticas y de ondas gravitacionales de fusiones de estrellas de neutrones y agujeros negros pueden proporcionar mediciones locales precisas de la tasa de expansión del Universo. En una nueva investigación, astrofísicos de Suecia, el Reino Unido y los Países Bajos simularon más de 25.000 fusiones de este tipo, con el objetivo de ver cuántas probablemente serían detectadas por instrumentos en la Tierra.

La ilustración del primer artista muestra una parte clave del proceso que creó este nuevo agujero negro, ya que las dos estrellas de neutrones giran una alrededor de la otra mientras se fusionan. El material violeta muestra los escombros de la fusión. Crédito de la imagen: NASA / CXC / M.Weiss.

“La tasa de expansión actual del Universo & # 8212 la constante de Hubble, H0 & # 8212 está en el corazón de una controversia cosmológica significativa ”, dijeron el Dr. Stephen Feeney de la University College London y sus colegas.

“Las mediciones directas en el Universo local por la escala de distancia Cefeida-supernova encuentran H0 = 74,03 km por segundo por megaparsec ".

"Esto es discrepante del valor de 67,36 km por segundo por megaparsec inferido de las observaciones del satélite Planck de la ESA del fondo cósmico de microondas, la radiación que quedó del Big Bang, lo que sugiere que nuestra teoría del Universo puede estar equivocada".

"Un tercer tipo de medición, observando las explosiones de luz y las ondas en la estructura del espacio causadas por las colisiones entre agujeros negros y estrellas de neutrones, debería ayudar a resolver este desacuerdo".

En el estudio, los investigadores simularon 25.241 escenarios de colisión de agujeros negros y estrellas de neutrones.

Descubrieron que, para 2030, los instrumentos en la Tierra podrían detectar ondas en el espacio-tiempo causadas por hasta 3.000 de tales fusiones, y que para alrededor de 100 de estos eventos, los telescopios también verían explosiones de luz acompañantes.

Concluyeron que estos serían datos suficientes para proporcionar una medida nueva y completamente independiente de la tasa de expansión del Universo, lo suficientemente precisa y confiable como para confirmar o negar la necesidad de una nueva física.

“Una estrella de neutrones es una estrella muerta, creada cuando una estrella muy grande explota y luego colapsa, y es increíblemente densa, típicamente de 20 km de diámetro pero con una masa hasta el doble de la de nuestro Sol”, dijo el Dr. Feeney.

"Su colisión con un agujero negro es un evento cataclísmico, que provoca ondas de espacio-tiempo, conocidas como ondas gravitacionales, que ahora podemos detectar en la Tierra con observatorios como LIGO y Virgo".

“Aún no hemos detectado luz de estas colisiones. Pero los avances en la sensibilidad de los equipos que detectan ondas gravitacionales, junto con los nuevos detectores en India y Japón, conducirán a un gran salto adelante en términos de cuántos de estos tipos de eventos podemos detectar. Es increíblemente emocionante y debería abrir una nueva era para la astrofísica ".

“El desacuerdo sobre la constante de Hubble es uno de los mayores misterios de la cosmología”, agregó la profesora Hiranya Peiris, también del University College London.

“Además de ayudarnos a desentrañar este rompecabezas, las ondas del espacio-tiempo de estos eventos cataclísmicos abren una nueva ventana al Universo. Podemos anticipar muchos descubrimientos emocionantes en la próxima década ”.

Los resultados del equipo se publicaron en la revista Cartas de revisión física.

Stephen M. Feeney et al. 2021. Perspectivas para medir la constante de Hubble con fusiones de neutrones, estrellas y agujeros negros. Phys. Rev. Lett 126 (17): 171102 doi: 10.1103 / PhysRevLett.126.171102


La estrella de neutrones más masiva cerca del punto de inflexión del agujero negro

Los pulsos de una estrella de neutrones que gira rápidamente se retrasan ligeramente mientras se dirigen hacia la Tierra, pasando a través del espacio distorsionado alrededor de una enana blanca compañera. Ese retraso permitió a los investigadores calcular la masa del púlsar. Imagen: BSaxton, NRAO / AUI / NSF

Los astrónomos han encontrado la estrella de neutrones más masiva descubierta hasta ahora, un púlsar que gira rápidamente en órbita al mismo paso que una enana blanca que acumula 2,17 masas solares en una esfera del tamaño de una ciudad de solo 30 kilómetros (18,6 millas) de diámetro. El púlsar parece estar cerca del punto de inflexión entre la capacidad de la materia para resistir el aplastamiento de la gravedad y el colapso en un agujero negro.

“Las estrellas de neutrones son tan misteriosas como fascinantes”, dijo Thankful Cromartie, estudiante de posgrado en la Universidad de Virginia y becaria predoctoral en el Observatorio Nacional de Radioastronomía en Charlottesville, Virginia. Es la primera autora de un artículo aceptado por Astronomía de la naturaleza.

& # 8220Estos objetos del tamaño de una ciudad son esencialmente núcleos atómicos descomunales. Son tan enormes que sus interiores adquieren propiedades extrañas. Encontrar la masa máxima que la física y la naturaleza permitirán puede enseñarnos mucho sobre este reino de la astrofísica que de otro modo sería inaccesible ".

Neutron stars and their fast-spinning cousins – pulsars – are formed in supernova explosions when the core of a massive star runs out of nuclear fuel. In the sudden absence of fusion energy radiating outward, gravity takes over and the core collapses, blowing away the star’s outer layers in spectacular fashion.

Depending on how much mass is present, the collapse will either halt due to quantum mechanical effects, leaving a compact neutron star in its wake, or continue to the point where a black hole forms.

Observations of gravity waves generated in the merger of two neutron stars suggests that tipping point is very close to 2.17 solar masses.

“Neutron stars have this tipping point where their interior densities get so extreme that the force of gravity overwhelms even the ability of neutrons to resist further collapse,” said Scott Ransom, an astronomer at NRAO and coauthor on the Astronomía de la naturaleza paper. “Each ‘most massive’ neutron star we find brings us closer to identifying that tipping point and helping us to understand the physics of matter at these mindboggling densities.”

The newly confirmed record holder is a millisecond pulsar known as J0740+6620. In a chance alignment, the pulsar and it’s white dwarf companion orbit each other edge on as seen from Earth.

Cromartie and her colleagues took advantage of that alignment to measure the mass of the white dwarf. Because the mass of the dwarf distorts the space around it in accordance with Einstein’s theory of general relativity, radiation from the pulsar is delayed on its way to Earth by about 10 millionths of a second when the pulsar passes behind its companion.

That delay was a direct indication of the white dwarf’s mass and from that, along with the time needed to make one rotation, the researchers could calculate the mass of the pulsar.

“The orientation of this binary star system created a fantastic cosmic laboratory,“ Ransom said.



Comentarios:

  1. Daly

    ¿tuviste dolor de cabeza hoy?

  2. Fresco

    You have quickly thought up such matchless phrase?

  3. Drudwyn

    Absolutamente de acuerdo contigo. En él también se piensa algo excelente.

  4. Dajar

    Si yo fuera tú, pediría ayuda a los usuarios de este foro.

  5. Kataxe

    Gracias por la ayuda en esta pregunta, ahora no admitiré tal error.

  6. Bertrand

    Hay algo en esto y creo que esta es una gran idea. Estoy de acuerdo contigo.

  7. Rudyard

    aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa ...

  8. Nahar

    Entre nosotros hablando, pediría ayuda a los usuarios de este foro.



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