Agencias, Ciudad de México.- Los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo han detectado una población de agujeros negros masivos cuyo origen es uno de los mayores misterios de la astronomía moderna.
Un equipo de científicos del proyecto OGLE del Observatorio Astronómico de la Universidad de Varsovia presentó los resultados de casi 20 años de observaciones. Los resultados fueron publicados en “Nature” y “Astrophysical Journal Supplement Series“.
Varias observaciones astronómicas indican que la materia ordinaria, que podemos ver o tocar, comprende solo el 5% de la masa total y el presupuesto energético del Universo. En la Vía Láctea, por cada 1 kg de materia ordinaria en las estrellas, hay 15 kg de “materia oscura”, que no emite luz e interactúa solo por medio de su atracción gravitatoria.
“La naturaleza de la materia oscura sigue siendo un misterio. La mayoría de los científicos creen que está compuesta de partículas elementales desconocidas”, dijo en un comunicado el Dr. Przemek Mróz del Observatorio Astronómico de la Universidad de Varsovia, autor principal de ambos artículos. “Desafortunadamente, a pesar de décadas de esfuerzos, ningún experimento, incluidos los experimentos realizados con el Gran Colisionador de Hadrones, ha encontrado nuevas partículas que podrían ser responsables de la materia oscura”.
Desde la primera detección de ondas gravitacionales de un par de agujeros negros fusionados en 2015, los experimentos LIGO y Virgo han detectado más de 90 eventos de este tipo. Los astrónomos notaron que los agujeros negros detectados por LIGO y Virgo suelen ser significativamente más masivos (20-100 masas solares) que los conocidos previamente en la Vía Láctea (5-20 masas solares).
La configuración de observación de la encuesta OGLE-IV fue similar a la de OGLE-III. Por lo tanto, exploramos la posibilidad de combinar los dos conjuntos de datos para crear curvas de luz homogéneas de 20 años de duración. Un enfoque ingenuo implicaría comparar estrellas detectadas en imágenes de referencia OGLE-III y OGLE-IV y luego combinar sus curvas de luz. Sin embargo, debido a que las imágenes de referencia difieren, las curvas de luz de OGLE-III y OGLE-IV pueden desplazarse sistemáticamente, especialmente en los campos más concurridos. Esta situación puede ocurrir cuando dos estrellas se resuelven en OGLE-IV pero es posible que no se resuelvan en OGLE-III (o viceversa).
“Explicar por qué estas dos poblaciones de agujeros negros son tan diferentes es uno de los mayores misterios de la astronomía moderna“, enfatizó el Dr. Mróz.
Una posible explicación postula que los detectores LIGO y Virgo han descubierto una población de agujeros negros primordiales que pueden haberse formado en el Universo muy temprano. Desde la primera detección de ondas gravitacionales, cada vez más científicos han estado especulando con que dichos agujeros negros primordiales pueden comprender una fracción significativa, si no toda, de la materia oscura.
En un nuevo artículo de la serie de suplementos de The Astrophysical Journal, los astrónomos del proyecto OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) presentan los resultados de un seguimiento fotométrico de casi 20 años de casi 80 millones de estrellas situadas en una galaxia cercana, la Gran Nube de Magallanes, en búsqueda de fenómenos de microlente gravitacional. Los datos analizados se recopilaron durante la tercera y cuarta fase del proyecto OGLE, de 2001 a 2020.
En la segunda fase del estudio OGLE (OGLE-II) en 1996-2000 se observaron alrededor de 5,5 millones de objetos en los campos centrales del LMC. Aunque incluir los datos de OGLE-II ampliaría sus curvas de luz a 24 años, aumentando la sensibilidad a eventos de microlente a largo plazo, decidimos no hacerlo. La cámara OGLE-II tenía un tamaño de píxel diferente al de las cámaras OGLE-III y OGLE-IV, lo que hacía casi imposible obtener una fotometría DIA homogénea en las tres fases del estudio. Sin embargo, siempre que los datos OGLE-II estuvieron disponibles, los utilizamos para verificar el comportamiento fotométrico de archivo de los eventos analizados.
“La microlente se produce cuando tres objetos (un observador en la Tierra, una fuente de luz y una lente) se alinean de forma prácticamente ideal en el espacio”, explica el profesor Andrzej Udalski, investigador principal del proyecto OGLE. “Durante un fenómeno de microlente, la luz de la fuente puede desviarse y magnificarse, y observamos un brillo temporal de la luz de la fuente”.
El segundo artículo, publicado en Nature, analiza las consecuencias astrofísicas de los hallazgos.
En cambio, los astrónomos de OGLE han encontrado solo 13 eventos de microlente. Su análisis detallado demuestra que todos ellos pueden explicarse por las poblaciones estelares conocidas en la Vía Láctea o la propia Gran Nube de Magallanes, no por los agujeros negros.
Seis de los 16 eventos de microlente analizados (OGLE-LMC-07, OGLE-LMC-09, OGLE-LMC-10, OGLE-LMC-13, OGLE-LMC-14, OGLE-LMC-18) se observaron en 1996-2000. según la encuesta OGLE-II. Las curvas de luz de los seis eventos fueron planas. Finalmente, recuperamos la fotometría MACHO de archivo para los 16 eventos de microlente analizados en este trabajo.
“Si toda la materia oscura de la Vía Láctea estuviera compuesta por agujeros negros de 10 masas solares, deberíamos haber detectado 258 eventos de microlente. Para agujeros negros de 100 masas solares, esperábamos 99 eventos de microlente. Para agujeros negros de 1000 masas solares, 27 eventos de microlente”, explicó el Dr. Mróz.
Los datos MACHO abarcaron el período comprendido entre julio de 1992 y diciembre de 1999, por lo que son complementarios a los conjuntos de datos OGLE-III y OGLE-IV y extienden la cobertura de la curva de luz a casi 28 años. No encontramos estallidos ni brillos en las curvas de luz MACHO de archivo, lo que coincide con la clasificación de todos los objetos analizados como eventos de microlente.
“Nuestras observaciones indican que los agujeros negros primordiales no pueden comprender una fracción significativa de la materia oscura y, al mismo tiempo, explicar las tasas de fusión de agujeros negros observadas medidas por LIGO y Virgo. Los resultados que obtuvimos permanecerán en los libros de texto de astronomía durante las próximas décadas”, dijo el profesor Udalski.
El origen exacto de las lentes se puede rastrear mediante observaciones posteriores. Revisar los eventos con observaciones de óptica adaptativa puede revelar la fuente y la lente separadas en el cielo. La combinación de las mediciones del flujo de la lente con información adicional, por ejemplo, de los efectos de paralaje de las microlentes, debería permitirnos determinar con precisión la masa y la distancia a la lente.
