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Observation of Gravitational Waves from the Coalescence of a 2.5-4.5 M⊙2.5\text{-}4.5~M_\odot Compact Object and a Neutron Star

La colaboración LIGO-Virgo-KAGRA informó la detección de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de una estrella de neutrones y un objeto compacto con una masa entre 2.5 y 4.5 masas solares, proporcionando evidencia de la existencia de objetos en el intervalo de masa inferior y sugiriendo que tales fusiones de estrella de neutrones y agujero negro constituyen una parte significativa de la tasa total de fusiones.

Autores originales: The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, the KAGRA Collaboration, A. G. Abac, R. Abbott, I. Abouelfettouh, F. Acernese, K. Ackley, S. Adhicary, N. Adhikari, R. X. Adhikari, V. K. Ad
Publicado 2026-09-22
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Autores originales: The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, the KAGRA Collaboration, A. G. Abac, R. Abbott, I. Abouelfettouh, F. Acernese, K. Ackley, S. Adhicary, N. Adhikari, R. X. Adhikari, V. K. Adkins, D. Agarwal, M. Agathos, M. Aghaei Abchouyeh, O. D. Aguiar, I. Aguilar, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith, S. Akçay, T. Akutsu, S. Albanesi, R. A. Alfaidi, A. Al-Jodah, C. Alléné, A. Allocca, S. Al-Shammari, P. A. Altin, S. Alvarez-Lopez, A. Amato, L. Amez-Droz, A. Amorosi, C. Amra, A. Ananyeva, S. B. Anderson, W. G. Anderson, M. Andia, M. Ando, T. Andrade, N. Andres, M. Andrés-Carcasona, T. Andrić, J. Anglin, S. Ansoldi, J. M. Antelis, S. Antier, M. Aoumi, E. Z. Appavuravther, S. Appert, S. K. Apple, K. Arai, A. Araya, M. C. Araya, J. S. Areeda, L. Argianas, N. Aritomi, F. Armato, N. Arnaud, M. Arogeti, S. M. Aronson, K. G. Arun, G. Ashton, Y. Aso, M. Assiduo, S. Assis de Souza Melo, S. M. Aston, P. Astone, F. Attadio, F. Aubin, K. AultONeal, G. Avallone, D. Azrad, S. 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J. Slagmolen, T. J. Slaven-Blair, J. Smetana, J. R. Smith, L. Smith, R. J. E. Smith, W. J. Smith, J. Soldateschi, K. Somiya, I. Song, K. Soni, S. Soni, V. Sordini, F. Sorrentino, N. Sorrentino, H. Sotani, R. Soulard, A. Southgate, V. Spagnuolo, A. P. Spencer, M. Spera, P. Spinicelli, J. B. Spoon, C. A. Sprague, A. K. Srivastava, F. Stachurski, D. A. Steer, J. Steinlechner, S. Steinlechner, N. Stergioulas, P. Stevens, S. Stevenson, M. StPierre, G. Stratta, M. D. Strong, A. Strunk, R. Sturani, A. L. Stuver, M. Suchenek, S. Sudhagar, N. Sueltmann, L. Suleiman, K. D. Sullivan, L. Sun, S. Sunil, J. Suresh, P. J. Sutton, T. Suzuki, Y. Suzuki, B. L. Swinkels, A. Syx, M. J. Szczepańczyk, P. Szewczyk, M. Tacca, H. Tagoshi, S. C. Tait, H. Takahashi, R. Takahashi, A. Takamori, T. Takase, K. Takatani, H. Takeda, K. Takeshita, C. Talbot, M. Tamaki, N. Tamanini, D. Tanabe, K. Tanaka, S. J. Tanaka, T. Tanaka, D. Tang, S. Tanioka, D. B. Tanner, L. Tao, R. D. Tapia, E. N. Tapia San Martín, R. 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Durante décadas, los astrónomos han mapeado la vida de las estrellas, observando cómo brillan intensamente y finalmente colapsan bajo su propio peso. Cuando una estrella masiva muere, deja tras de sí un núcleo denso. Si ese núcleo es lo suficientemente pesado, se convierte en un agujero negro, un objeto tan denso que ni siquiera la luz puede escapar. Si es más ligero, se convierte en una estrella de neutrones, una esfera de materia del tamaño de una ciudad tan comprimida que una sola cucharadita pesaría miles de millones de toneladas. Durante mucho tiempo, los científicos creyeron que existía una división clara entre estas dos familias. Pensaban que las estrellas de neutrones alcanzaban un tope en cierto peso, y que los agujeros negros comenzaban en un peso más elevado, dejando un vacío intermedio donde no podrían existir tales objetos. Este vacío, que abarca aproximadamente de tres a cinco veces la masa de nuestro Sol, era un misterio que definía nuestra comprensión sobre la muerte de las estrellas.

En 2023, un equipo de científicos que utilizaba una red global de detectores de ondas gravitacionales comenzó a escuchar al universo de una nueva manera. Estos detectores, instrumentos gigantes construidos para sentir ondulaciones en el espacio-tiempo causadas por eventos cósmicos violentos, finalmente captaron una señal que desafió las viejas reglas. La señal, llamada GW230529, provenía de una colisión entre dos objetos compactos. Uno era una estrella de neutrones y el otro era un objeto misterioso con una masa que caía directamente en ese vacío prohibido. Este descubrimiento sugiere que el vacío entre las estrellas de neutrones más pesadas y los agujelos negros más ligeros puede no estar vacío, sino que contiene objetos que han estado escondidos a plena vista, aunque la región puede seguir siendo menos poblada que las áreas circundantes del espectro de masa.

El evento fue detectado el 29 de mayo de 2023 por el observatorio LIGO Livingston en Luisiana. En ese momento, los otros detectores de la red estaban fuera de línea o no eran lo suficientemente sensibles para captar la señal, lo que significa que el descubrimiento recayó sobre los hombros de un solo instrumento. A pesar de esta limitación, la señal fue clara y fuerte, apareciendo como un chirrido distintivo en los datos que aumentaba en frecuencia e intensidad a medida que los dos objetos giraban uno hacia el otro. Tres programas informáticos diferentes, diseñados para filtrar el ruido del universo para encontrar estos patrones específicos, identificaron el mismo evento con alta confianza. Los datos mostraron que los dos objetos estaban trabados en un baile estrecho, acercándose cada vez más hasta fusionarse en un único objeto más masivo.

Cuando los investigadores analizaron los datos para determinar la masa de los objetos involucrados, encontraron un objeto primario que pesaba entre 2.5 y 4.5 veces la masa de nuestro Sol. El segundo objeto era más ligero, con un peso de entre 1.2 y 2.0 masas solares. El objeto más ligero encaja perfectamente con lo que sabemos sobre las estrellas de neutrones. El objeto más pesado, sin embargo, es el enigma. Es demasiado pesado para ser una estrella de neutrones típica, pero demasiado ligero para ser un agujero negro típico. Aunque los científicos no pueden afirmar con absoluta certeza qué es el objeto más pesado, la explicación más probable es que se trata de un agujero negro que se formó en el intervalo de masa inferior. Esto lo convertiría en el agujero negro más ligero jamás observado en un sistema binario en fusión.

El descubrimiento es significativo porque cambia nuestra comprensión de cómo se forman estos objetos. Si el objeto más pesado es de hecho un agujero negro, sugiere que el proceso de colapso de una estrella puede producir a veces objetos en este rango de peso intermedio, en lugar de saltar directamente a las masas más pesadas que solemos ver. Los investigadores también analizaron el espín de los objetos, lo que nos indica qué tan rápido rotaban. Encontraron que los espines no estaban perfectamente alineados con la órbita, un detalle que ayuda a refinar los modelos de cómo se originan estos sistemas binarios. Si bien los datos no descartan la posibilidad de que el objeto más pesado sea una estrella de neutrones inusualmente masiva, el equilibrio de la evidencia apunta hacia un agujero negro.

Este evento también tiene implicaciones sobre lo que sucede cuando estos objetos colisionan. Cuando una estrella de neutrones se encuentra con un agujero negro, el agujero negro a veces puede despedazar la estrella de neutrones antes de tragarla, creando un destello de luz y otra radiación que los telescopios pueden observar. Debido a que los dos objetos en esta colisión tenían masas que eran más similares entre sí que en observaciones previas, las posibilidades de tal disrupción de marea eran mayores. Esto significa que futuras colisiones de este tipo podrían tener más probabilidades de producir luz visible, ofreciendo a los astrónomos la oportunidad de estudiar estos eventos tanto con detectores de ondas gravitacionales como con telescopios tradicionales.

El equipo calculó que las colisiones como esta ocurren con la frecuencia suficiente como para ser un suceso común en el universo, ocurriendo aproximadamente 55 veces por cada mil millones de años luz cúbicos cada año. Esta tasa sugiere que el intervalo de masa inferior no es una anomalía rara, sino una parte estándar de la población cósmica. El descubrimiento de GW230529 no solo añade un nuevo punto de datos a una tabla; insta a un cambio de paradigma en supuestos específicos de los modelos respecto a la formación de estos objetos. Confirma que el universo es más variado de lo que se pensaba anteriormente, con objetos que existen en los espacios entre nuestras categorías establecidas. A medida que los detectores continúen escuchando, es probable que encuentren más de estos objetos intermedios, completando los huecos de nuestro mapa cósmico y revelando la verdadera diversidad de cómo mueren las estrellas.

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