Discos, picos y nubes: un vistazo al patio trasero de un agujero negro
Por la Universidad de Amsterdam.
06 de junio de 2023.
Impresión artística del experimento LISA basado en el espacio que detecta una onda gravitacional. Con tales medidas futuras, será posible echar un vistazo al patio trasero de un agujero negro. Crédito: NASA.
La primera detección directa de ondas gravitacionales en 2015 ha abierto una nueva ventana al Universo, permitiendo en particular la observación de la fusión de pares de agujeros negros masivos. Este joven campo de investigación ha madurado muy rápidamente y ahora se han observado docenas de fusiones de agujeros negros.
Las observaciones actuales se limitan a las etapas finales del colapso, a menudo durante unos pocos segundos, cuando las ondas gravitacionales emitidas son extremadamente fuertes. Afortunadamente, se están construyendo varios experimentos nuevos que permitirán a los investigadores observar pares de agujeros negros durante mucho más tiempo antes de que se produzca la fusión, posiblemente incluso durante años.
Cuando comiencen a llegar estas mediciones mucho más precisas, los investigadores querrán estar preparados y ser capaces de interpretarlas. Pippa Cole, investigadora postdoctoral en el grupo de Gianfranco Bertone y primera autora de un nuevo artículo publicado en Nature Astronomy, explica: "Con las mediciones actuales, podemos aprender algunos datos sobre la fusión de los agujeros negros, pero muy poco sobre el medio ambiente en el que se produce la fusión”. Ese entorno es en sí mismo extremadamente interesante. Por ejemplo, puede enseñarnos sobre uno de los otros misterios actuales en astrofísica: el de la materia oscura. Una vez que podamos usar un detector próximo como LISA para observar la fusión de agujeros negros para mucho más tiempo, es posible hacer afirmaciones significativas sobre su entorno".
Entornos de agujeros negros.
Hay al menos tres tipos diferentes de entornos interesantes que podrían rodear a los agujeros negros. El más conocido es el llamado disco de acreción, un disco de gas muy caliente que se arremolina alrededor del agujero negro, como los que recientemente capturó el Event Horizon Telescope. Pero hay otras posibilidades.
Un agujero negro podría estar rodeado por una nube de partículas ultraligeras, formando una estructura que los astrónomos han denominado átomo gravitacional. Y, por último, podría haber materia oscura, una forma esquiva de materia que parece impregnar el cosmos en todas las escalas, pero cuya naturaleza fundamental sigue siendo desconocida. Se espera que se acumule alrededor de los agujeros negros a medida que estos se forman y crecen, en configuraciones de alta densidad llamadas picos.
Cole afirma: "Lo hermoso es que con las nuevas observaciones, será posible distinguir entre las tres situaciones, así como distinguirlas del caso en el que el patio trasero del agujero negro simplemente está vacío, donde los dos agujeros negros giran en espiral uno alrededor del otro en el vacío. Logramos desarrollar técnicas estadísticas que, con suficientes datos y una diferencia de masa lo suficientemente grande entre los dos agujeros negros, deberían ser capaces de diferenciar muy claramente entre los cuatro escenarios".
Según Cole y sus colaboradores, la próxima generación de experimentos podrá identificar ondas gravitacionales generadas por fusiones de agujeros negros en presencia de un entorno, ya sea un disco de acreción, un átomo gravitacional o un pico de materia oscura. Esto abre la posibilidad de buscar nuevas partículas ultraligeras, así como candidatos a materia oscura, con ondas gravitacionales.
Bertone dice: "Estos son tiempos emocionantes. Pronto entraremos en una nueva era en física y astronomía. Al igual que la física de partículas de precisión nos permite buscar nueva física en los aceleradores de partículas en la Tierra, la astronomía de ondas gravitacionales de precisión pronto nos permitirá buscar materia oscura y nuevas partículas en el Universo".
Fuente:
https://phys.org/news/2023-06-disks-spikes-clouds-peek-black.html