Cúspide del agujero negro. Crédito:Centro de excelencia ARC para el descubrimiento de ondas gravitacionales
Un equipo de investigadores de ondas gravitacionales dirigido por el Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav) informa que cuando dos agujeros negros chocan y se fusionan, el agujero negro remanente "chirría" ni una sola vez, pero varias veces, emitiendo ondas gravitacionales, ondas intensas en el espacio y el tiempo de la tela, que revelan información sobre su forma. Su estudio ha sido publicado en Física de las comunicaciones .
Los agujeros negros se encuentran entre los objetos más fascinantes del universo. En su superficie, conocido como el horizonte de sucesos, la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Generalmente, los agujeros negros son objetos silenciosos que se tragan todo lo que cae demasiado cerca de ellos; sin embargo, cuando dos agujeros negros chocan y se fusionan, producen uno de los eventos más catastróficos del universo:en una fracción de segundo, un agujero negro altamente deformado se forma y libera enormes cantidades de energía a medida que se asienta en su estado final. Este fenómeno brinda a los astrónomos una oportunidad única de observar agujeros negros que cambian rápidamente y explorar la gravedad en su forma más extrema.
Aunque los agujeros negros en colisión no producen luz, los astrónomos pueden observar las ondas gravitacionales detectadas que crean:ondas en el tejido del espacio y el tiempo. Los científicos especulan que, después de una colisión, El comportamiento del agujero negro remanente es clave para comprender la gravedad y debe codificarse en las ondas gravitacionales emitidas.
En el artículo publicado en Física de las comunicaciones , los científicos, dirigido por el ex alumno de OzGrav, el profesor Juan Calderón Bustillo, informa cómo las ondas gravitacionales codifican la forma de los agujeros negros fusionados a medida que se asientan en su forma final.
Fig. 1. a:Las etapas de la fusión de un agujero negro. Primero, Ambos agujeros negros se orbitan entre sí, acercándose lentamente, durante la etapa inspiral .. En segundo lugar, los dos agujeros negros se fusionan, formando un agujero negro distorsionado. Finalmente, el agujero negro alcanza su forma final. b:Frecuencia de las señales de ondas gravitacionales observadas desde la parte superior de la colisión (más a la izquierda) y desde varias posiciones en su ecuador (reposo) en función del tiempo. La primera señal muestra la típica señal de "chirrido", en el que la frecuencia aumenta en función del tiempo. Los otros tres muestran que, después de la colisión (en t =0) la frecuencia cae y aumenta nuevamente, produciendo un segundo "chirrido". Crédito:C. Evans, J. Calderón Bustillo
El estudiante de posgrado y coautor Christopher Evans del Instituto de Tecnología de Georgia (EE. UU.) Dice:"Realizamos simulaciones de colisiones de agujeros negros usando supercomputadoras y luego comparamos la forma rápidamente cambiante del agujero negro remanente con las ondas gravitacionales que emite. Descubrimos que estas señales son mucho más ricas y complejas de lo que comúnmente se piensa. permitiéndonos aprender más sobre la forma enormemente cambiante del agujero negro final ".
Las ondas gravitacionales de los agujeros negros en colisión son señales simples conocidas como "chirridos". A medida que los dos agujeros negros se acercan, emiten una señal de frecuencia y amplitud crecientes que indica la velocidad y el radio de la órbita. El Prof. Calderón Bustillo dice:"El tono y la amplitud de la señal aumentan a medida que los dos agujeros negros se acercan cada vez más rápido. Después de la colisión, el último agujero negro remanente emite una señal con un tono constante y una amplitud decreciente, como el sonido de una campana al sonar. "Este principio es consistente con todas las observaciones de ondas gravitacionales hasta ahora cuando se estudia la colisión desde arriba.
Sin embargo, el estudio encontró que sucede algo completamente diferente si la colisión se observa desde el "ecuador" del agujero negro final. "Cuando observamos los agujeros negros desde su ecuador, encontramos que el agujero negro final emite una señal más compleja, con un tono que sube y baja varias veces antes de morir, "dice el Prof. Calderón Bustillo." En otras palabras, el agujero negro en realidad chirría varias veces ".
Fig. 2. Detalle de la forma del agujero negro remanente después de la colisión de un agujero negro, con "forma de castaño". Las regiones de fuerte emisión de ondas gravitacionales (en amarillo) se agrupan cerca de su cúspide. Este agujero negro gira haciendo que la cúspide apunte a todos los observadores a su alrededor. Crédito:C. Evans, J. Calderón Bustillo
El equipo descubrió que esto está relacionado con la forma del agujero negro final, que actúa como una especie de faro de ondas gravitacionales:"Cuando los dos agujeros negros originales son de diferentes tamaños, el agujero negro final inicialmente parece una castaña, con una cúspide en un lado y una más ancha, más suave en la otra, "dice Bustillo." Resulta que el agujero negro emite ondas gravitacionales más intensas a través de sus regiones más curvas, que son los que rodean su cúspide. Esto se debe a que el agujero negro remanente también está girando y su cúspide y su parte trasera apuntan repetidamente a todos los observadores, produciendo múltiples chirridos ".
Coautor Prof. Pablo Laguna, ex presidente de la Escuela de Física de Georgia Tech y ahora profesor en la Universidad de Texas en Austin, dijo, "Si bien se ha conjeturado durante mucho tiempo una relación entre las ondas gravitacionales y el comportamiento del agujero negro final, nuestro estudio proporciona el primer ejemplo explícito de este tipo de relación ".
