Se puede saber mucho sobre la ascendencia de un ser humano a partir de sus características generales. Un niño puede tener los ojos de su padre, la sonrisa de su madre o incluso la calvicie masculina de su abuelo (gracias, abuelo).
Sin embargo, agujeros negros tienen pocas características definitorias, como lo expresó el físico teórico John Wheeler, “Los agujeros negros no tienen pelo.” (muy parecido a su humilde autor). Sin embargo, por supuesto, probar el parentesco de un niño basándose en características físicas es demasiado subjetivo; ahí es donde normalmente entran las pruebas de ADN. Tales pruebas pueden ofrecer una forma mucho más científica de verificar el linaje de una persona. y una nueva investigación sugiere una prueba de ascendencia análoga para los agujeros negros.
Sin embargo, en lugar de depender de un hisopo de la mejilla o un poco de sangre, estas pruebas de ADN cósmico utilizan pequeñas ondas en el tejido del espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionalespropuesto por primera vez por Albert Einstein Hace 110 años.
Un equipo de científicos, dirigido por investigadores de la Universidad de Cardiff, ha descubierto que la ascendencia de agujeros negros supermasivos que se forman a partir de una cadena de fusión de agujeros negros progenitores progresivamente más grandes podrían ocultarse en sus rotaciones o “giros”.
Además, el método del equipo sugiere que los patrones de giro de estos agujeros negros podrían revelar la región del espacio en la que nacieron. ¡Ni siquiera las pruebas de ADN humano pueden decirte en qué hospital nació un bebé!
ondas gravitacionalessegún lo detectado por instalaciones como el Interferómetro Láser Observatorio de ondas gravitacionales (LIGO) y Observatorio Virgopodría usarse para “leer” esta información como lo escrito en un certificado de nacimiento.
“Nuestro estudio nos brinda una manera poderosa, basada en datos, de identificar los orígenes de la historia de formación de un agujero negro, mostrando que la forma en que gira es un fuerte indicador de que pertenece a un grupo de agujeros negros de gran masa, que se forman en cúmulos estelares densamente poblados donde pequeños agujeros negros chocan y se fusionan repetidamente entre sí”, dijo Isobel Romero-Shaw, miembro del equipo e investigadora de la Universidad de Cambridge. dijo en un comunicado.
Árboles genealógicos de los agujeros negros
La ascendencia de los agujeros negros se convirtió en una pregunta curiosa para los científicos cuando descubrieron que algunos agujeros negros son demasiado masivos para haber sido engendrado de la manera habitual: a través de una estrella moribunda.
Los agujeros negros de masa estelar con masas entre 10 y 100 veces la del Sol nacen cuando estrellas mucho más masivas que el Sol se quedan sin el combustible necesario para la fusión nuclear en sus núcleos. Posteriormente, estas estrellas colapsan bajo la influencia de su propia gravedad.
Los agujeros negros supermasivos, sin embargo, tienen masas equivalentes a millones o incluso miles de millones de masas solares. Ninguna estrella puede colapsar para formar un agujero negro tan masivo, lo que lleva a la teoría de que se forman a partir de fusiones de agujeros negros más pequeños.
La primera detección de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de agujeros negros fue realizada por LIGO y Virgo en 2015, 100 años después de que Einstein las predijera en su teoría de la gravedad, conocida como relatividad general. Esto y la gran cantidad de fusiones “escuchadas” por estas instalaciones desde entonces han ayudado a confirmar esta teoría del “crecimiento mediante fusiones”.
La relatividad general predice que los objetos con masa hacen que la estructura del espacio y el tiempo, o espaciotiempo, se “deforme”. La gravedad surge de esta deformación.
Einstein también predijo que cuando los objetos se aceleran en el espacio-tiempo, esto provoca ondas que se irradian hacia afuera a la velocidad de la luz. Sin embargo, estas llamadas ondas gravitacionales solo son detectables cuando los objetos involucrados son verdaderamente masivos, y los agujeros negros cumplen con los requisitos. La fusión de agujeros negros está intrínsecamente ligada a la emisión de ondas gravitacionales.
Una vez que los agujeros negros están lo suficientemente cerca entre sí como para formar un binario mientras giran uno alrededor del otro, esta aceleración constante (la aceleración es un cambio en la velocidad) y dirección, por lo que el movimiento circular representa una aceleración perpetua) hace que el tejido del espacio-tiempo resuene con ondas gravitacionales.
A medida que estos sistemas binarios emiten ondas gravitacionales, esas ondas en el espacio-tiempo se llevan el momento angular. Esto hace que el binario se ajuste. En otras palabras, los agujeros negros se acercan.
Esto hace que los agujeros negros binarios emitan ondas gravitacionales cada vez más rápido o con frecuencias cada vez mayores, lo que significa que se acercan cada vez más. Esto continúa hasta que la gravedad mutua de estos agujeros negros se hace cargo y se ven obligados a unirse, colisionar y fusionarse.
Esta fusión crea un agujero negro hijo que es más masivo que el de sus padres, pero no la totalidad de sus masas debido a una pérdida de masa en un “Grito” de alta frecuencia de ondas gravitacionales.
“A medida que observamos más fusiones de agujeros negros con detectores de ondas gravitacionales como LIGO y Virgo, se vuelve cada vez más claro que los agujeros negros exhiben diversas masas y espines, lo que sugiere que pueden haberse formado de diferentes maneras”, dijo el líder del equipo Fabio Antonini de la Facultad de Física de la Universidad de Cardiff. y Astronomía dijo en el comunicado. “Sin embargo, identificar cuál de estos escenarios de formación es más común ha sido un desafío”.
Para desentrañar este misterio, el equipo examinó datos sobre 69 eventos de ondas gravitacionales detectados por LIGO y Virgo.
Lo que descubrieron fue que el giro de un agujero negro cambia cuando ese agujero negro alcanza una determinada masa. Esto representa un umbral de masa claro en el que el giro de los agujeros negros cambia constantemente. El patrón descubierto por el equipo se corresponde con modelos que sugieren que los agujeros negros crecen a través de colisiones repetidas en cúmulos estelares densamente poblados.
Utilizando estos hallazgos, los científicos ahora pueden perfeccionar las técnicas de modelado por computadora utilizadas para simular la formación y el crecimiento de los agujeros negros.
Cuando instalaciones como LIGO, Virgo detecten futuras señales de ondas gravitacionales, el observatorio subterráneo de ondas gravitacionales propuesto conocido como el Telescopio Einsteiny el próximo detector de ondas gravitacionales basado en el espacio LISSA (Antena espacial de interferómetro láser), modelos tan refinados se pueden utilizar para interpretar mejor estas señales.
“Colaborar con otros investigadores y utilizar métodos estadísticos avanzados ayudará a confirmar y ampliar nuestros hallazgos, especialmente a medida que avanzamos hacia los detectores de próxima generación”, dijo en el comunicado Thomas Callister, miembro del equipo e investigador de la Universidad de Chicago. “El Telescopio Einstein, por ejemplo, podría detectar agujeros negros aún más masivos y proporcionar información sin precedentes sobre sus orígenes”.
La investigación del equipo fue publicada el martes (7 de enero) en la revista. Cartas de revisión física.