Por primera vez, científicos detectan el zumbido de un agujero negro recién nacido

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Cuando golpeamos un objeto metálico con otro, este suena durante un tiempo después, ya que las vibraciones en el metal continúan resonando. Cuando dos agujeros negros se «golpean» entre sí, ocurre algo similar: solo que en lugar de ondas de sonido, el agujero negro recién formado envía ondas gravitacionales que se extienden por todo el Universo.

Los científicos del MIT han capturado el «zumbido» de un agujero negro recién formado, en forma de ondas gravitacionales, representado en la ilustración de este artista. Crédito: Maximiliano Isi / NASA

Esas ondas gravitacionales son como un acorde, una maraña de notas. Codificado en estas, de acuerdo con la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, debe haber información sobre la masa y el espín del agujero negro.

Ahora, en una nueva prueba de relatividad, un equipo de astrónomos ha descubierto cómo descifrar notas individuales en el acorde, o más bien, frecuencias en las ondas gravitacionales, y, por primera vez, han detectado dos de ellas, algo que se pensaba era imposible con nuestra tecnología actual.

Los científicos pudieron medir la masa y el espín del agujero negro utilizando la teoría de la relatividad general. Los hallazgos, publicados el 12 de septiembre de 2019, en la revista Physical Review Letters, también favorecen la idea de que los agujeros negros carecen de cualquier tipo de «pelo», una metáfora que también es llamada el teorema de no pelo, que se refiere al concepto de que los agujeros negros, según la teoría de Einstein, deberían exhibir solo tres propiedades observables : masa, centrifugado y carga eléctrica. Todas las otras características, que el físico John Wheeler denominó «pelo», deberían ser tragadas por el agujero negro en sí, y por lo tanto no serían observables.

«Todos esperamos que la relatividad general sea correcta, pero esta es la primera vez que lo confirmamos de esta manera», dijo el físico Maximiliano Isi, del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

Justo cuando los dos agujeros negros se fusionan en uno, hay un breve período en el que el nuevo agujero negro oscila, enviando ondas gravitacionales más débiles. Esto se llama ringdown, y los científicos asumieron que sería demasiado débil de detectar o analizar después del pico de la onda gravitacional en el momento de la colisión.

Pero el nuevo estudio indica que esto estaba errado. Isi y su equipo analizaron la detección en el nuevo estudio, a la cual denominaron GW 150914, y encontraron una manera de extraer la reverberación del agujero negro de los momentos inmediatamente posteriores al pico de la señal. En un trabajo anterior dirigido por el coautor de Isi, Matthew Giesler de Caltech, el equipo demostró a través de simulaciones que tal señal, y particularmente la porción justo después del pico, contiene «sobretonos», una familia de tonos fuertes y de corta duración. Cuando volvieron a analizar la señal, teniendo en cuenta los armónicos, los investigadores descubrieron que podían aislar con éxito un patrón de timbre que era específico de un agujero negro recién formado.

 

Los investigadores aplicaron esta técnica a los datos reales de la detección GW150914, concentrándose en los últimos milisegundos de la señal, inmediatamente después del pico del chirrido. Teniendo en cuenta los matices de la señal, pudieron discernir un sonido proveniente del nuevo agujero negro naciente. Específicamente, identificaron dos tonos distintos, cada uno con un tono y una tasa de caída que pudieron medir.

«Este fue un resultado muy sorprendente. Lo que se pensaba convencionalmente era que para cuando el agujero negro remanente se hubiera asentado para que cualquier tono pudiera ser detectado, los armónicos se habrían desvanecido casi por completo», dijo el astrofísico teórico Saul Teukolsky de la Universidad de Cornell.

«En cambio, resulta que los armónicos son detectables antes de que el tono principal se vuelva visible».

Einstein predijo que el tono y la descomposición de los tonos en el ringdown de una colisión de un agujero negro sería un producto directo de la masa y el espín del nuevo agujero negro. El equipo pudo medir el tono y la descomposición de los dos tonos, lo que a su vez les permitió sondear las propiedades del agujero negro.

La masa y el espín calculados a partir del tono y la descomposición de los tonos coincidieron con las mediciones anteriores de estas dos propiedades, lo que demuestra que la detección de los armónicos del anillo de un agujero negro se puede lograr hoy, con los métodos actuales, lo que significa que la tecnología futura podría ser aún mayor.

«En el futuro, tendremos mejores detectores en la Tierra y en el espacio, y podremos ver no solo dos, sino decenas de modos, y precisar sus propiedades con precisión», dijo Isi.

Fuente: Scitech Daily

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