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    Primeros armónicos escuchados en el zumbido de un agujero negro

    Esta simulación muestra cómo se vería a nuestros ojos una fusión de agujeros negros si de alguna manera pudiéramos viajar en una nave espacial para ver más de cerca. Fue creado resolviendo ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein utilizando datos LIGO del evento llamado GW150914. Crédito:SXS, el proyecto Simulating eXtreme Spacetimes (SXS)

    Cuando dos agujeros negros chocan, se funden en un agujero negro más grande y suenan como una campana golpeada, enviando ondas en el espacio y el tiempo llamadas ondas gravitacionales. Incrustadas en estas ondas gravitacionales hay frecuencias específicas, o tonos, que son similares a notas individuales en un acorde musical.

    Ahora, los investigadores han detectado dos de esos tonos por primera vez en el "ringdown" de un agujero negro recién formado. Previamente, se supuso que solo se podía medir un tono y que los tonos adicionales, llamados armónicos, sería demasiado débil para ser detectado con las tecnologías actuales.

    "Antes, era como si estuvieras tratando de igualar el sonido de un acorde de una guitarra usando solo una cuerda, "dice Matthew Giesler, estudiante de posgrado en Caltech y segundo autor de un nuevo estudio que detalla los resultados en la edición del 12 de septiembre de Cartas de revisión física . Giesler es el autor principal de un artículo relacionado enviado a Physical Review X sobre la técnica utilizada para encontrar los matices.

    Los resultados, que se basaron en volver a analizar los datos capturados por el LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser) de la National Science Foundation, han sometido la teoría general de la relatividad de Albert Einstein a un nuevo tipo de prueba. Debido a que los agujeros negros fusionados experimentan una gravedad aplastante, Los estudios de estos eventos permiten a los investigadores probar la teoría general de la relatividad en condiciones extremas. En este caso particular, los investigadores probaron una predicción específica de la relatividad general:que los agujeros negros pueden describirse completamente solo por su masa y velocidad de giro. Una vez más Einstein pasó la prueba.

    "Este tipo de prueba se propuso mucho antes de la primera detección, pero todos esperaban que tendrían que esperar muchos años antes de que los detectores fueran lo suficientemente sensibles, "dice Saul Teukolsky (Ph.D. 73), el profesor Robinson de Astrofísica Teórica en Caltech y asesor de Giesler. "Este resultado muestra que ya podemos comenzar a realizar la prueba con los detectores actuales al incluir los armónicos, un resultado inesperado y emocionante ".

    LIGO hizo historia en 2015 cuando realizó la primera detección directa de ondas gravitacionales, 100 años después de que Einstein los predijo por primera vez. Desde entonces, LIGO y su observatorio asociado con sede en Europa, Virgo, han detectado casi 30 eventos de ondas gravitacionales, que se están analizando más a fondo. Muchas de estas ondas gravitacionales surgieron cuando dos agujeros negros chocaron, enviando carcaj por el espacio.

    "Un nuevo agujero negro se forma a partir de un violento proceso astrofísico y, por lo tanto, se encuentra en un estado agitado, "dice Maximiliano (Max) Isi (Ph.D. '18), autor principal del Cartas de revisión física estudio, ahora en el MIT. "Sin embargo, rápidamente arroja este excedente de energía en forma de ondas gravitacionales ".

    Como parte del trabajo de posgrado de Giesler, comenzó a investigar si se podían detectar armónicos en los datos de ondas gravitacionales actuales además de la señal principal, o tono, aunque la mayoría de los científicos creían que estos matices eran demasiado débiles. Él miró específicamente las simulaciones de la primera detección de ondas gravitacionales de LIGO, de un evento de fusión de agujeros negros conocido como GW150914.

    Durante la fase final de la fusión, un período de tiempo conocido como ringdown, el agujero negro recién fusionado todavía está temblando. Giesler descubrió que los matices, que son ruidosos pero de corta duración, están presentes en una fase anterior del ringdown de lo que se había realizado anteriormente.

    "Este fue un resultado muy sorprendente. La sabiduría convencional era que para cuando el agujero negro remanente se había asentado para que se pudiera detectar cualquier tono, los matices se habrían desvanecido casi por completo, "dice Teukolsky, quien también es profesor de física en la Universidad de Cornell. "En lugar de, resulta que los matices son detectables antes de que el tono principal se haga visible ".

    Los nuevos matices ayudaron a los investigadores a probar el teorema de "sin pelo" para los agujeros negros:la idea de que no hay otras características, o "pelos, "necesario para definir un agujero negro que no sea masa o espín. Los nuevos resultados confirman que los agujeros negros no tienen pelos, pero los científicos sospechan que las futuras pruebas de la teoría, en el que se utilizan observaciones aún más detalladas para investigar las fusiones de agujeros negros, puede mostrar lo contrario.

    "La teoría de Einstein podría romperse si hay efectos cuánticos en juego, "dice Giesler.

    "La teoría de la gravedad de Newton pasa muchas pruebas en las que la gravedad es débil, pero falla por completo cuando se trata de describir la gravedad en su forma más extrema, como cuando se trata de tratar de describir la fusión de agujeros negros. Similar, a medida que finalmente sondeamos la señal de los agujeros negros con una precisión cada vez mayor, es posible que incluso la relatividad general falle algún día en la prueba ".

    En los próximos años, las actualizaciones planificadas a LIGO y Virgo harán que los observatorios sean aún más sensibles a las ondas gravitacionales, revelando tonos más ocultos.

    "Cuanto más grande y ruidoso es un evento, lo más probable es que LIGO pueda captar estos matices, "dice Alan Weinstein, profesor de física en Caltech y miembro del Laboratorio LIGO, que no está asociado con este estudio. "Con la primera detección de ondas gravitacionales de LIGO, confirmamos las predicciones hechas por la relatividad general. Ahora, buscando matices, e incluso señales más débiles llamadas modos de orden superior, buscamos pruebas más profundas de la teoría, e incluso evidencia potencial de la ruptura de la teoría ".

    Dice Isi, "Poco a poco, los agujeros negros derramarán sus misterios, revolucionando nuestra comprensión de la gravedad, espacio, y tiempo."


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