El sistema de detección de ondas gravitacionales LIGO/VIRGO ha publicado una señal notable, diferente de cualquiera de las vistas anteriormente: GW190412 es la primera observación de una fusión de un binario de agujeros negros que tienen masas claramente diferentes, de aproximadamente 8 y 30 veces la del Sol.
Esto no solo ha permitido mediciones más precisas de las propiedades astrofísicas del sistema, sino que también ha permitido a los científicos de estas colaboraciones científicas verificar una predicción hasta ahora no probada de la teoría de la relatividad general de Einstein.
«Por primera vez hemos 'escuchado' en GW190412 el inconfundible zumbido de ondas gravitacionales de un armónico más alto, similar a los armónicos de los instrumentos musicales», explica Frank Ohme, líder del Grupo de Investigación Independiente Max Planck 'Observaciones Binarias de Fusión y Relatividad Numérica' en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) en Hannover.
«En sistemas con masas desiguales como GW190412, nuestra primera observación de este tipo, estos armónicos en la señal de onda gravitacional son mucho más fuertes que en nuestras observaciones habituales. Es por eso que no podíamos escucharlos antes, pero en GW190412, finalmente puede».
Esta observación confirma una vez más la teoría de la relatividad general de Einstein, que predice la existencia de estos armónicos superiores, es decir, ondas gravitacionales a dos o tres veces la frecuencia fundamental observada hasta ahora.
«Los agujeros negros en el corazón de GW190412 tienen 8 y 30 veces la masa de nuestro Sol, respectivamente. ¡Este es el primer sistema binario de agujeros negros que hemos observado para el cual la diferencia entre las masas de los dos agujeros negros es tan grande!», dice Roberto Cotesta, doctorando en la división 'Relatividad Astrofísica y Cosmológica' en el AEI en Potsdam. «Esta gran diferencia de masa significa que podemos medir con mayor precisión varias propiedades del sistema: su distancia a nosotros, el ángulo en que lo miramos y qué tan rápido gira el pesado agujero negro alrededor de su eje».
GW190412 fue observado tanto por los detectores LIGO como por el detector Virgo el 12 de abril de 2019, al principio de la tercera sesión de observación de los detectores. Los análisis revelan que la fusión se produjo a una distancia de 1.900 a 2.900 millones de años luz de la Tierra. El nuevo sistema de masa desigual es un descubrimiento único, ya que todos los binarios observados previamente por los detectores LIGO y Virgo consistían en dos masas más o menos similares.
Las masas desiguales se imprimen en la señal de onda gravitacional observada, que a su vez permite a los científicos medir con mayor precisión ciertas propiedades astrofísicas del sistema. La presencia de armónicos más altos hace posible romper una ambigüedad entre la distancia al sistema y el ángulo en el que miramos su plano orbital; por lo tanto, estas propiedades se pueden medir con mayor precisión que en sistemas de igual masa sin armónicos más altos.
«Durante O1 y O2, hemos observado la punta del iceberg de la población binaria compuesta de agujeros negros de masa estelar», dice Alessandra Buonanno, directora de la división 'Relatividad Astrofísica y Cosmológica' en el AEI en Potsdam y profesora de College Park en la universidad de Maryland. «Gracias a la sensibilidad mejorada, GW190412 ha comenzado a revelarnos una población sumergida más diversa, caracterizada por una asimetría de masas tan grande como 4 y agujeros negros girando a aproximadamente el 40% del valor máximo posible permitido por la relatividad general», agrega.
Los científicos de LIGO/Virgo también usaron GW190412 para buscar desviaciones de las señales de lo que predice la teoría general de la relatividad de Einstein. Aunque la señal tiene propiedades diferentes a todas las demás encontradas hasta ahora, los investigadores no pudieron encontrar una desviación significativa de las predicciones relativistas generales.