La fusión de estrellas de materia oscura podría haber producido una onda gravitacional inusual

Al menos una de las ondas gravitacionales detectadas por los detectores LIGO y Virgo podría no provenir de agujeros negros o estrellas de neutrones, sino de algo aún más exótico, afirman los físicos. Conocidas como estrellas de bosones o estrellas de materia oscura, no tenemos otra evidencia de que estos objetos existan. Sin embargo, serían útiles para explicar algunos aspectos del universo que actualmente no tienen sentido, así como las características excepcionales de esta ola.

Los detectores de ondas gravitacionales se establecieron para capturar fusiones entre objetos que ya sabíamos que existían, como los agujeros negros y las estrellas de neutrones. A pesar de la incertidumbre sobre si hemos detectado una fusión entre uno de cada uno de ellos, los signos de colisión de dos agujeros negros sólo han sido eclipsados ​​por la reciente importancia científica de las fusiones de estrellas de neutrones.

Sin embargo, una esperanza adicional para los detectores era encontrar nuevos objetos, cuya existencia era incierta o apenas adivinada. Un equipo internacional cree que una onda gravitacional detectada, GW190521, podría haber hecho precisamente eso. Su apuesta es una fusión entre dos estrellas formadas por partículas diferentes a las que componen la mayor parte del universo familiar.

Los bosones son una clase de partículas subatómicas con espines enteros. Además de los fotones, que conocemos bien, y el bosón de Higgs, cuyo nombre al menos resulta familiar, la categoría incluye una clase de partículas poco conocidas por los no físicos. Si bien los fotones carecen de masa y los bosones de Higgs tienen vidas excepcionalmente cortas, se ha propuesto que los bosones no descubiertos podrían formar estrellas donde están agrupados en bolsas que quedaron del Big Bang.

«Las estrellas bosónicas se comportan de manera muy parecida a los agujeros negros, pero son fundamentalmente diferentes, ya que carecen de los dos aspectos más distintivos (y algo problemáticos) de los agujeros negros: su superficie sin retorno conocida como horizonte de sucesos, y la singularidad en el interior, donde Las leyes de la física se rompen”, afirmó en un comunicado el autor del estudio, el Dr. Sanchis-Gual, de la Universidad de Valencia.

De ser así, es posible que no podamos ver esas estrellas, pero su masa podría contribuir a la explicación de la frustrante y esquiva materia oscura. Por sí solas, tales estrellas de bosones serían casi imposibles de encontrar, pero si dos están en órbitas cercanas entre sí producirían una onda gravitacional duradera al borde de nuestra capacidad de detección. Si las órbitas decayeran hasta que las dos estrellas colisionaran, el resultado sería una onda gravitacional superficialmente similar a las que hemos visto.

El desafío sería distinguir una onda de este tipo de una producida por dos agujeros negros. Pero se cree que una ola muestra los signos.

Cuando se detectó por primera vez GW190521, se anunció que era el producto de la fusión de los dos agujeros negros más pesados ​​(y más distantes) que habíamos visto hasta ahora, con una masa combinada de 142 veces la del Sol.

Sin embargo, los detalles del evento desconcertaron a los astrónomos. Por un lado, la ubicación parecía estar en el disco alrededor de un agujero negro supermasivo, lo cual fue inesperado. Además, el objeto más grande antes de la fusión tenía una masa de 85 veces la del Sol, un tamaño que se pensaba imposible de producir para una sola estrella. Aunque una fusión previa de agujeros negros menos masivos ofreció una posible explicación, el evento sigue siendo una rareza.

En dos artículos, Sanchis-Gaul y sus coautores proponen que es más probable que los componentes de GW190521 hayan sido estrellas de bosones que agujeros negros. Argumentan que los métodos utilizados actualmente para procesar ondas gravitacionales están diseñados bajo el supuesto de que cualquier cosa que contribuya a una onda, y que sea mayor que una determinada masa, es un agujero negro. Al descartar estas suposiciones y simular lo que sucedería si las estrellas de bosones se fusionaran, el equipo produjo un resultado similar a GW190521. También proporcionan evidencia de que otra onda gravitacional, GW190426, no fue producida por estrellas de bosones, mientras que GW200220 probablemente tampoco lo fue.

El hecho de que una simulación coincida con la observación no prueba que GW190521 fuera una fusión de estrellas de bosones, ni siquiera que existan estrellas de bosones. Se han ofrecido explicaciones alternativas para GW190521, pero éstas también requieren cambios en la forma en que imaginamos el universo. Los debates sobre la naturaleza de este evento continuarán durante algún tiempo, pero con suerte, se realizarán futuras detecciones de ondas gravitacionales que requerirán explicaciones novedosas, lo que nos ayudará a determinar cuál es la correcta.

En la revista Physical Review D se publica un artículo sobre cómo los autores buscaron signos de estrellas de bosones en ondas gravitacionales específicas.

Una discusión más general sobre cómo procesar datos de ondas gravitacionales para permitir más posibilidades se publica en acceso abierto en la revista Physical Review X.