Onda gravitacional de la Fusion de dos agujeros negros demasiado grandes

[carroza]

Hola. A la espera de que Alriga nos lo explique más en detalle, adjunto la noticia del descubrimiento de una onda gravitacional que parece provenir de agujeros negros demasiado grandes para provenir de supernovas, pero demasiado pequeños para provenir de nucleos galácticos.

https://physics.aps.org/featured-art...ett.125.101102

Un saludo

[Alriga]

La onda gravitacional GW190521 se ha generado por la fusión de un agujero negro de 85 masas solares con otro de 66. En la fusión se han disipado unas 8 masas solares en forma de ondas gravitacionales. La fusión tuvo lugar hace unos 6660 millones de años. Lo he visto esta mañana, así como el sensacionalista titular del diario madrileño El País: "Los científicos captan una enorme onda gravitacional que no debería existir"

No tenía tiempo para recopilar la información que desmienta el titular y ahora estaba en ello. Que yo sepa hay como mínimo 3 hipótesis de formación de estos agujeros negros de masa intermedia:

• Que se han formado por fusión de agujeros negros de masa estelar y otros objetos compactos mediante acreción.
• Mediante la colisión de varias estrellas masivas en cúmulos estelares densos y el colapso del producto de la colisión es uno de estos agujeros negros.
• Que son agujeros negros primordiales formados en el Big Bang

Ahora veo que Francis Villatoro ha publicado un post, en el que en esta línea, dice:

"Por cierto, no le hagas mucho caso a los titulares sensacionalistas de algunos medios (como Nuño Domínguez, «Los científicos captan una enorme onda gravitacional que no debería existir. Dos detectores en Europa y EE UU descubren la colisión de dos agujeros negros más potente jamás observada, pero no entienden cómo ha surgido» ... Que se pensara que no podía haber haber agujeros negros de masa estelar por encima de 60 masas solares no significa que «no deberían existir», ni tampoco que no se entienda «cómo ha surgido» esta onda gravitacional. Muchos legos se confundirán mucho con afirmaciones como «con las leyes de la relatividad general en la mano, este fenómeno es imposible de explicar» (Twitter). Tranquilo, estas frases no son ciertas, ya que hay varias hipótesis razonables que permiten explicar estas fusiones (aunque aún no sabemos cuál es la más adecuada entre ellas). Nuevas fusiones de este tipo permitirán esclarecer esta cuestión sin que «cambien los libros de física"

Fuente "La Ciencia de la Mula Francis" GW190521: la fusión de agujeros negros más masiva observada por LIGO/Virgo

Un corto e interesante resumen del evento GW190521 lo ha redactado la propia colaboración LIGO-VIRGO, es GW190521: THE MOST MASSIVE BLACK HOLE COLLISION OBSERVED TO DATE en donde dicen:

"La observación de LIGO-Virgo de GW190521 sugiere que o bien las estrellas pueden formar agujeros negros de gran masa, o que algunos agujeros negros que observa LIGO-Virgo se forman por otros medios - quizás como resultado de una fusión previa entre pares de agujeros negros más pequeños, que luego abre una ruta para formar un agujero negro aún más grande al someterse a otra fusión de agujeros negros. Este escenario de fusión múltiple requiere que los agujeros negros se formen en entornos especiales donde haya suficientes otros agujeros negros cercanos para que ocurran múltiples eventos de fusión. Los astrónomos han propuesto densos cúmulos de estrellas o los discos de núcleos galácticos activos como posibles ejemplos de tales entornos especiales.
La observación de GW190521 también sugiere que el reino de los agujeros negros de masa intermedia puede estar poblado en parte por restos de fusiones de agujeros negros de masa estelar. De forma similar, los agujeros negros supermasivos también pueden formarse de esta manera."

Saludos.

[Alriga]

Por cierto, recordad que hace un par de meses comentamos que se había detectado un posible candidato a contrapartida electromagnética ligada a la onda gravitacional GW190521 (entonces nombre provisional S190521g) debida según allí opinan al kick=patada, mirad Candidato a contrapartida electromagnética de la fusión binaria de agujeros negros evento onda gravitacional S190521g.

La web EUREKA de Daniel Marín también ha publicado hoy un artíulo sobre GW190521, es GW190521: la fusión de agujeros negros más masiva

Saludos.

[Alriga]

Interesante entrevista a Alicia Sintes que es la responsable de la colaboración LIGO-VIRGO en España: Es fascinante, las ondas gravitacionales nos descubrirán fenómenos que no podemos ni imaginar

Y un vídeo sobre GW190521:

Saludos.

[Alriga]

Se publicó ayer en Physical Review Letters un artículo (que yo considero muy especulativo) que propone que el evento GW190521 protagonista de este hilo, no es la fusión de 2 lejanos agujeros negros de masa intermedia sino la fusión cercana de 2 enormes estrellas de bosones. Dice el abstract:

Advanced LIGO-Virgo ha informado de una señal de onda gravitacional corta (GW190521) interpretada como una fusión cuasicircular de agujeros negros, uno al menos poblando la brecha de supernova de inestabilidad de pares, que formó un agujero negro remanente de ~142 masas solares a una distancia-luminosidad de ~5300 Mpc.

Sin embargo, con una emisión previa a la fusión apenas visible, GW190521 merece una mayor investigación de la dinámica previa a la fusión e incluso de la naturaleza misma de los objetos en colisión. Demostramos que GW190521 es consistente con señales simuladas numéricamente de colisiones frontales de dos (igual masa y espín) estrellas bosones vectoriales sin horizonte (también conocidas como estrellas Proca), formando un agujero negro final con 231+13/-17 masas solares ubicado a una distancia-luminosidad de 571+348/-181 Mpc.

Esto proporciona la primera demostración de una degeneración cercana entre estos dos modelos teóricos, para un evento real de ondas gravitacionales. La masa favorecida del bosón vectorial ultraligero constituyente de las estrellas Proca es $8.72_{-0.82}^{+0.73} \cdot 10^{-13}$ eV. La confirmación de la interpretación de la estrella Proca, que consideramos estadísticamente ligeramente preferida, proporcionaría la primera evidencia de una partícula de materia oscura buscada durante mucho tiempo.

El estudio titulado GW190521 as a Merger of Proca Stars: A Potential New Vector Boson of 8.7E-13 eV lo han realizado investigadores del Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE) de la Universidad de Santiago de Complostela y la Universidad de Aveiro (Portugal).

La IGFAE ha publicado en su página web un artículo de divulgación y promoción del paper en español, es Una fusión de estrellas de bosones podría explica la colisión de agujeros negros más masiva jamás observada y probar la existencia de la materia oscura en el que dicen que "el equipo comparó GW190521 con simulaciones por ordenador de fusiones de estrellas de bosones y encontraron que éstas explican los datos ligeramente mejor que el análisis realizado por LIGO y Virgo"

Interesante y, repito, creo que aún muy especulativo.

Saludos.

[Richard R Richard]

Parte del mismo equipo que publico sobre las estrellas de Proca(de bosones, que desconocia), es el mismo que publica este nuevo Paper...rizando el rizo quizas, esperemos alguien mas se los confirme inependientemente.

[carroza]

Gracias, Alriga, por el enlace.

Hay algunas cosas que, sin ser experto en absoluto en el tema, me hacen ser un poco escéptico.

Los autores indican que sus simulaciones con "estrellas Proca", son un poco más probables que las simulaciones con dos agujeros negros. No obstante, las primeras parecen tener al menos un parámetro ajustable (la masa del bosón), mientras que las segundas no tienen ese parámetro. Habría que ver la relevancia estadística de este hecho.

Por otro lado, las "estrellas Proca" no deben ser objetos muy habituales. En ese sentido, que haya una colisión de dos "estrellas Proca" parece muy improbable. Sería, a priori, más probable una colisión de una "estrella proca" con un agujero negro, que de esos parece haber muchos.

Un saludo

[javisot20]

Tema muy interesante, sería raro que la existencia de las estrellas de bosones se confirme con un evento altamente improbable que además depende de nuestra interpretación y no de ser observado directamente.

¿Para explicar AN's con masas no esperadas introducen elementos de los que no hay evidencia y con eso confirman la existencia de los 2 a la vez ?

Curioso.


Recuerdo a Miguel Alcubierre siendo preguntado por J.Edelstein ( IGFAE ) por ese mismo artículo hace unos días, comentando Miguel que las estrellas de bosones no deberían existir al requerir de campos escalares, recalcando que el único campo escalar conocido en la naturaleza es el campo de Higgs. Saludos

[Alriga]

Yo no recordaba haber oído hablar antes de estrellas de bosones. Para enterarme de algo, busqué ayer lo que decía Francis en su blog en 2008, (corrijo algún typo y actualizo alguna cosa)

Técnicamente, una estrella de bosones es una solución estática esféricamente simétrica de la ecuación de campo de Einstein acoplada a un campo escalar (cuando está libre de singularidades, de lo contrario, es un agujero negro). Hasta el día de hoy no hay evidencia de observación de la existencia de una estrella bosónica. De hecho, están hechas de partículas elementales escalares, y aún no se ha descubierto ninguna excepto el bosón de Higgs

Las estrellas de bosones son estrellas que no están formadas por materia ordinaria (bariónica) y para las que el límite de Chandrasekhar Tolman-Oppenheimer-Volkoff no limita significativamente su masa con lo que pueden ser muy masivas sin colapsar en un agujero negro. Nadie sabe si existen las estrellas de bosones. Tampoco se sabe qué partícula (tipo bosón) puede permitir su existencia aunque hay varios candidatos teóricos. Estas estrellas son ultracompactas, por ello son muy parecidas a los agujeros negros. Su tamaño es poco mayor que el radio de Schwarzschild de una agujero negro de igual masa. Por supuesto, no tienen ni horizonte de sucesos ni ocultan ninguna singularidad, como los agujeros negros. Estas estrellas de bosones estarían rodeadas de un disco de acreción similar al de un agujero negro.

¿Qué partículas tipo bosón podrían formar estrellas de bosones? Los candidatos más proclamados son los bosones escalares (partículas escalares como el bosón de Higgs). Nadie ha descubierto todavía ninguna partícula de este tipo aparte del bosón de Higgs. Los bosones escalares son el tipo de partícula elemental más sencilla desde el punto de vista teórico y no hay ninguna ley conocida que prohíba que existan otras además del bosón de Higgs.

Dice Francis que el "descubridor teórico" de las estrellas de bosones es David Kaup en 1968*. He buscado y creo que el artículo debe ser este: Klein-Gordon Geon . El artículo de Francis es Estrellas de bosones o superagujeros negros en el centro de las galaxias y contiene este vídeo de Frans Pretorius especialista en solución numérica de las ecuaciones de campo de Einstein para la gravedad del Departamento de Física de la Universidad de Princeton en el que se simula casualmente lo que describen los de IGFAE-Aveiro, la fusión de dos estrellas de bosones:

... Recuerdo a Miguel Alcubierre siendo preguntado por J.Edelstein ( IGFAE ) por ese mismo artículo hace unos días, comentando Miguel que las estrellas de bosones no deberían existir al requerir de campos escalares, recalcando que el único campo escalar conocido en la naturaleza es el campo de Higgs...

Observad que también en todo momento Francis dice que las estrellas de bosones están formadas por bosones escalares (spin cero) mientras que el artículo de IGFA-Aveiro habla de que sus estrellas de bosones están formadas por bosones vectoriales, por lo tanto de spin 1. "Las estrellas de bosones vectoriales, o estrellas de Proca, se han obtenido recientemente como soluciones numéricas totalmente no lineales del sistema Einstein-(complejo)-Proca. Se trata de condensados de Bose-Einstein autogravitatorios, no singulares y sin horizonte de un campo vectorial masivo, que se asemejan en muchos aspectos, pero no en todos, a sus primos escalares, las conocidas estrellas de bosones escalares"

Repito, todo por ahora muy especulativo. Permaneceremos atentos, saludos.

* Creo que el tema fue desarrollado posteriormente (en 1969) por Remo Ruffini y Silvano Bonazzola en Systems of Self-Gravitating Particles in General Relativity and the Concept of an Equation of State

[javisot20]

Hoy hay directo en amautas a las 21:00 con uno de los autores del último trabajo, Juan Calderón con José Edelstein tratando el tema ,
seguro que es muy interesante.

Intentaré hacer llegar 2 preguntas :

- ¿ La materia oscura, las estrellas de bosones (en este caso vectoriales) y los agujeros negros de masas no esperadas se pueden autoconfirmar los unos a los otros en una única detección o es demasiada aceptación de nuevos conceptos para dar explicación a una detección no esperada ?

- Esta es de Carroza, ¿ Una fusión AN+Estrella de bosones permitiría llegar al mismo resultado de la señal GW190521 o solo puede ser AN+AN // EB+EB ?

[Alriga]

Hola, son las 21:11, estoy en la página web de Amautas-Directo
https://amautas.com/directo/
Y no está saliendo Juan Calderón. Lo único que hay, es la presentación de la web, grabada hace ya muchos días.
Saludos.

[carroza]

Hola.

Ya me ha picado la curiosidad de este tema, y he buscado en internet. hay un review interesante, y entiendo que accesible, en https://arxiv.org/abs/0801.0307


El mensaje que querría destacar es que, así como hay sistemas autogravitantes de fermiones, como las enenas blancas y las estrellas de neutrones, que están sustentadas frente a un colapso gravitatorio por efecto del principio de Pauli, también hay sistemas autogravitantes de bosones, sustentados frente al colapso gravitatorio por el principio de incertidumbre.

Mirando la tabla III, la masa máxima que pueden teher los sistemas de fermiones, sin colapsar en un agujero negro, va como la masa de plank al cubo, dividido por la masa del fermion al cuadrado. Cuando el fermion se toma como el neutron, esto da los limites de masa para que una estrella de neutrones colapse en un agujero negro.

De la misma tabla III, la masa maxima que puede tener un sistema de bosones (una estrella de bosones, o boson star), va como la masa de Planck al cuadrado, dividido por la masa del bosón. Asi, si queremos describir una estrella de bosones de masa muy grande, pero que no colapse en agujero negro, basta con "inventarnos" un bosón de masa muy chica, que es lo que parece que hacen los autores.

Hay que tener en cuenta que, cuando comparamos las dos posibles explicaciones, Agujero negro frente a estrella de bosones, en el primer caso consideramos agujeros negros que provienen de sistemas de fermiones (estrellas de neutrones finalmente), y alli no podemos jugar con la masa del fermión, que es un neutrón y punto.

Sin embargo, cuando nos imaginamos el sistema como una estrella de bosones, si que nos permitimos ajustar la masa del bosón que mejor nos venga para ajustar los datos.

En fin, que no me imprresiona esto mucho. No obstante, añado una cita que mencionan al final del artículo (que es de 2008):

At present, there is no experimental evidence that soliton stars [or BSs, the authors] exist. Nevertheless, it seems reasonable that solutions of well-tested theories, such as Einstein’s GR, the Dirac equation, the KG equation, etc., should find their proper place in nature.


un saludo

[Alriga]

Ya me ha picado la curiosidad de este tema, y he buscado en internet. hay un review interesante, y entiendo que accesible, en https://arxiv.org/abs/0801.0307

Veo que el enlace no funciona, creo que la dirección correcta es TOPICAL REVIEW: General relativistic boson stars

Saludos.

[javisot20]

Perdón Alriga, fue un directo de amautas en instagram. La semana que viene hacen un directo más detallado en la página principal, todavía no han dicho fecha.

El directo de hoy en instagram con Juan Calderón, :https://www.instagram.com/tv/CLxRXP-...=1kn2i6vv3am31

[javisot20]

Según comenta.

Cuando analizaban la señal aceptando ser producida por 2 an's rotando, (añade que es solo una hipótesis de partida),
para explicar exactamente esta señal se necesitó además añadir que la órbita descrita por los 2 an's en rotación estaba "precesando".

Tuvieron que preguntarse, ¿ es posible concluir que allí había plano "precesando" si no tenemos toda la información de esa región ?


Al parecer esa pregunta hizo intuir que la señal emitida por 2 an's rotando con ese movimiento de precesión sería completamente indistinguible de la señal emitida por 2 an's colisionando frontalmente, pero al realizar las comprobaciones concluyeron que no podían ser indistinguibles por dos motivos principales,

1- no eran capaces de reproducir la "largura" de la señal original aceptando la hipótesis de la colisión frontal de 2 an's, la cual al parecer produciría una señal más corta que la detectada por LIGO.

2- la información recibida hace interpretar que el agujero negro final rota muy deprisa, algo que una colisión frontal no produciría.
Se menciona el límite de rotación de un an donde su singularidad podría quedar desnuda de superarse.


De aquí lo siguiente fue preguntarse por nuevos elementos y las estrellas de bosones SI permitían cumplir rigurosamente los dos puntos para una colisión frontal.






Resumiendo, la versión estandar con 2 an's en rotación y precesión tiene inconsistencias, (según ellos),

la colisión frontal de 2 estrellas de bosones no tiene tantas inconsistencias pero depende de un ejercicio completamente especulativo.


Personalmente necesito más información. Dicen que habrá un directo extenso sobre este tema en la pagina principal de amautas.

Veremos a ver jejSaludos

[javisot20]

Las estrellas de bosones son estrellas que no están formadas por materia ordinaria (bariónica) y para las que el límite de Chandrasekhar Tolman-Oppenheimer-Volkoff [I]no limita significativamente su masa con lo que pueden ser muy masivas sin colapsar en un agujero negro. Nadie sabe si existen las estrellas de bosones. Tampoco se sabe qué partícula (tipo bosón) puede permitir su existencia aunque hay varios candidatos teóricos.

Comenta Francis (en 2008) que no esta tan limitada la masa de las estrellas de bosones por el limite Tolman-Oppenheimer-Volkoff.

Entiendo que si esta limitada, pero no tanto, ¿no?

Es decir, ¿ no puede hacerse arbitrariamente pequeña la masa del bosón hasta el punto de tener una estrella de bosones tan masiva como el universo observable ?

(Gastón Giribet recalcaba ayer en coffe break la relación inversa entre la masa del bosón y la estrella que podrian formar pero no habló de los límites,... y no encuentro como resolver esta duda...)

saludos y gracias

[javisot20]

Preguntado se llega a todos los sitios jej, añado la contestación de Nico Sanchis, uno de los autores del paper:

"Hola Javi,

Muchas gracias por tu interés y tus preguntas.

Sobre los ANs individuales de GW190521, el problema no es la precesion (de hecho es la conclusión a la que llegó LIGO y Virgo con Juan como uno de los responsables del análisis). El problema son sus masas, que de acuerdo con teoría de evolución estelar no deberían ser tales. A priori uno podría pensar que podrían alcanzar esas masas por fusiones sucesivas pero el análisis de la colaboración desfavorece esa hipótesis por los efectos de retroceso que creo que Juan comenta en el directo.

Nosotros propusimos como explicación el choque frontal de dos ANs con masas que no tengan ese problema, pero GW19051 no se puede explicar con esta hipótesis . Otros investigadores han propuesto choques elípticos no tan extremos como un choque frontal y funcionan bien pero siguen siendo muy masivos. El problema es que no hay un estudio sistemático de las señales gravitatorias de estos sistemas y si no lo hay no se puede detectar. Hay estudios recientes que dicen que la probabilidad de tales fusiones no circulares no es tan baja en densos cúmulos globulares, por lo que no es descartable.

La energía total es la misma para todos los casos, lo que cambia es la distancia y la forma de la propia onda.

Sobre las estrellas de bosones, son objetos teóricos y eso no hay que olvidarlo. Nosotros proponemos una degeneración en las fuentes, no una detección. Pero es una explicación que está ahí y ya se ha discutido en otros casos: en el paper de GW190814 LIGO-Virgo discute (muy brevemente) la posibilidad de que uno de los dos objetos sea un estrella de bosones, en los papers del EHT de la primera imagen de un agujero negro supermasivo se habla de estrellas de bosones también, hay búsquedas de bosones ultraligeros reales (en nuestro trabajo son complejos) con ondas gravitatorias, para GW190521 se comparó con cuerdas cósmicas (quedó descartado)… Todo desfavorecido pero lo exótico está sobre la mesa como alternativa, a la que se mira de reojo. Y yo me pregunto, ¿son los ANs y las estrellas de neutrones los únicos objetos compactos del Universo?

Un saludo"