Los científicos han detectado ondas gravitacionales generadas por el evento de fusión de agujeros negros, lo que indica que el agujero negro resultante adoptó una forma esférica estable. Estas ondas también revelan que el agujero negro compuesto puede ser mucho más grande de lo que se pensaba anteriormente.
Cuando se descubrió por primera vez el 21 de mayo de 2019, se pensaba que el evento de onda gravitacional conocido como GW190521 provenía de una fusión entre dos estrellas. agujeros negrosUno tiene una masa de poco más de 85 soles y el otro tiene una masa de unos 66 soles. Los científicos creen que la fusión condujo a la creación de aproximadamente 142 Masa solar Hija del agujero negro.
Sin embargo, las oscilaciones espacio-temporales recientemente estudiadas del agujero negro fusionado, que se ondulan hacia afuera a medida que el vacío se transforma en una forma esférica adecuada, parecen indicar que es más masivo de lo que se esperaba inicialmente. En lugar de que su masa sea de 142 masas solares, los cálculos indican que su masa debería ser unas 250 veces la masa del Sol. el sol.
Estos resultados podrían eventualmente ayudar a los científicos a realizar mejores pruebas. Relatividad general, Albert Einsteinteoría de 1915 gravedadQuien introdujo por primera vez el concepto de ondas gravitacionales y agujeros negros. «Aquí realmente estamos explorando una nueva frontera», dice Stephen Giddings, físico teórico de la Universidad de California. Dijo en un comunicado.
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Ondas gravitacionales y relatividad general.
La relatividad general predice que los objetos con masa distorsionan su propio tejido espacio y el tiempo – unidos como una única entidad de cuatro dimensiones llamada «espacio-tiempo» – y esa «gravedad» tal como la percibimos surge de la curvatura misma.
Así como una bola de bolos sobre una lámina de goma estirada causa una «abolladura» más extrema que una pelota de tenis, un agujero negro causa más curvatura en el espacio-tiempo que una estrella, y una estrella causa más curvatura que un planeta. De hecho, un agujero negro, en la relatividad general, es un punto de materia tan denso que provoca una curvatura extrema del espacio-tiempo, en un límite llamado Horizonte de eventosNi siquiera la luz es lo suficientemente rápida para escapar de la abolladura interna.
Sin embargo, ésta no es la única predicción revolucionaria de la relatividad general. Einstein también predijo que cuando los objetos se aceleran, deberían definir el tejido mismo del espacio-tiempo, que resuena con ondas llamadas ondas. ondas gravitacionales. Una vez más, cuanto más masivos sean los objetos en cuestión, más extremo será este fenómeno. Esto significa que cuando objetos densos como los agujeros negros se envuelven entre sí, acelerándose constantemente debido a su movimiento circular, el espacio-tiempo a su alrededor suena como una campana, zumbando con ondas gravitacionales.
Estas ondas en el espacio-tiempo transportan el momento angular de los agujeros negros en espiral, y esto a su vez hace que las órbitas mutuas de los dos agujeros negros se estrechen, juntándolos y aumentando la frecuencia de las ondas gravitacionales emitidas. Los agujeros negros se acercan cada vez más y finalmente se fusionan, formando un nuevo agujero negro y enviando un «chirrido» de ondas gravitacionales de alta frecuencia que resuena en todo el universo.
Pero hubo una cosa en la que Einstein se equivocó acerca de las ondas gravitacionales. El gran físico creía que estas ondas en el espacio-tiempo serían tan débiles que nunca serían detectadas aquí. Tierra Después de viajar por Universo Durante millones o incluso miles de millones de años luz.
Sin embargo, en septiembre de 2015, los detectores gemelos de… Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser LIGO, con sede en Washington, Luisiana, demostró que Einstein estaba equivocado. Detectaron GW150914, ondas gravitacionales asociadas a la fusión de agujeros negros situados a unos 1.300 millones de distancia. Año luz lejos. La señal de la onda gravitacional se detectó como un cambio en la longitud de uno de los largos brazos láser de LIGO, que mide 4 kilómetros (2,5 millas) de largo, equivalente a una milésima parte del ancho de la esfera. protón.
Sorprendentemente, desde entonces, LIGO y sus compañeros detectores de ondas gravitacionales, Virgo en Italia y KAGRA en Japón, han detectado muchos eventos similares, llegando al punto en que detectan un evento de ondas gravitacionales cada semana. Aunque incluso entre esta abundancia de detecciones de ondas gravitacionales destaca GW190521.
Un evento especial de ondas gravitacionales
La frecuencia de la fusión de agujeros negros detrás de la señal GW190521, situada a 8.800 millones de años luz de la Tierra, era tan baja que sólo durante las dos últimas órbitas de los agujeros negros la frecuencia llegó a ser lo suficientemente alta como para poder observar los agujeros negros. Alcanzando los límites de sensibilidad de LIGO y Virgo.
El equipo detrás de esta nueva investigación, que no forma parte de la colaboración LIGO/Virgo, quería saber qué información sobre la violenta colisión y fusión de estos agujeros negros podría quedar oculta en esta señal.
Descubrieron que en el momento en que los dos agujeros negros chocaron, el agujero negro resultante se creó de forma torcida. Los agujeros negros sólo son estables cuando tienen forma esférica, lo que significa que a los milisegundos de fusionarse, el agujero negro hijo debe tomar la forma de una esfera.
Así como la forma de una campana determina la frecuencia con la que suena, el equipo dijo que a medida que la forma de este nuevo agujero negro cambió y se estabilizó, las frecuencias de las ondas gravitacionales que emite cambiaron. Estas ondas gravitacionales del «anillo inferior» contienen información sobre la masa del agujero negro hijo, así como su velocidad de giro.
Esto significa que las ondas gravitacionales generadas por esta fusión ofrecen a los científicos una forma alternativa de medir las propiedades de los agujeros negros fusionados, a diferencia del método tradicional de utilizar ondas gravitacionales que surgen durante el proceso de acreción.
El equipo encontró dos frecuencias de anillo separadas en la señal de onda gravitacional GW190521 que, consideradas en conjunto, dan al agujero negro resultante una masa de 250 masas solares. Esto significa que es mucho más grande de lo que se estima utilizando ondas gravitacionales en espiral. El descubrimiento de estas ondas gravitacionales fue impactante incluso para el equipo detrás de estos resultados.
«Nunca pensé que vería una medida así en mi vida», dijo Badri Krishnan, coautor de la investigación y físico de la Universidad de Radboud.
La investigación del equipo se detalla en un artículo publicado el 28 de noviembre en la revista Cartas de revisión física.