Cuando dos agujeros negros se fusionan, el agujero negro remanente ‘chirría’ no una, sino varias veces, emitiendo ondas gravitacionales, perturbaciones en el espacio-tiempo con información sobre su forma.
Es el hallazgo que publica en Communications Physics un equipo de investigadores de ondas gravitacionales dirigido por el Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav).
Los agujeros negros se encuentran entre los objetos más fascinantes del universo. En su superficie, conocida como horizonte de sucesos, la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Por lo general, los agujeros negros son objetos silenciosos que se tragan cualquier cosa que caiga 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, se forma un agujero negro altamente deformado y libera enormes cantidades de energía mientras 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 la estructura 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 debería estar codificado en las ondas gravitacionales emitidas.
En el artículo, los científicos, dirigidos por un ex alumno de OzGrav, el profesor Juan Calderón Bustillo, informan cómo las ondas gravitacionales codifican la forma de los agujeros negros fusionados a medida que se asientan en su forma final.
El estudiante de posgrado y coautor Christopher Evans del Instituto de Tecnología de Georgia dice: «Realizamos simulaciones de colisiones de agujeros negros utilizando supercomputadoras y luego comparamos la forma rápidamente cambiante del agujero negro remanente con las ondas gravitacionales que emite. Se descubrió que estas señales son mucho más ricas y complejas de lo que comúnmente se piensa, lo que nos permite 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 profesor 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 agujero negro remanente final emite una señal con un tono constante y una amplitud decreciente, como el sonido de un campana que se toca». 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 unas cuantas veces antes de morir», dice el profesor Calderón Bustillo. «En otras palabras, el agujero negro realmente emite varios pitidos».
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 un castaño, con una cúspide en un lado y una espalda más ancha y lisa en el otro», dice Bustillo. «Resulta que el agujero negro emite ondas gravitacionales más intensas a través de sus regiones más curvas, que son las 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».
El coautor, el profesor Pablo Laguna, ex director de la Facultad de Física de Georgia Tech y ahora profesor de la Universidad de Texas en Austin, dijo: «Si bien la relación entre las ondas gravitacionales y el comportamiento del agujero negro final ha sido objeto de largas conjeturas, nuestro estudio proporciona el primer ejemplo explícito de este tipo de relación».
