Los astrónomos han medido por primera vez la velocidad y la dirección de un agujero negro recién nacido, gracias a las olas gravitacionales producidas mientras rebotaba del sitio de la fusión de sus agujeros negros matriz. Esta primera medición completa del retroceso de agujeros negros se produce casi exactamente una década después de la primera detección de ondas gravitacionales: pequeñas ondas en tiempo espacial predicho por primera vez por Albert Einstein en 1915, realizado por el Observatorio de onda gravitacional del interferómetro láser (LIGO) el 14 de septiembre de 2015.
En los últimos 10 años, una riqueza de onda gravitacional detecciones realizadas por Ligo y sus detectores de ondas gravitacionales de colaboración, Virgo y Kamioka Gravitational Wave Detector (Kagra) han pintado una imagen más detallada de fusiones de agujeros negros que nunca antes. Sin embargo, uno de los aspectos más fascinantes y dramáticos de estas fusiones se ha mantenido “inaudito” por estos detectores que miden el sonido del espacio -tiempo causado por los eventos más extremos del universo. Esa es la “patada” entregada a la hija Black Hole nacida por estas fusiones.
Esta patada hace que el agujero negro del recién nacido germee las ondas gravitacionales en una dirección preferida, un desequilibrio que hace que se aleje del sitio de su nacimiento, a veces tan rápido como muchos millones de millas por hora. Eso es lo suficientemente rápido para que el agujero negro escape de su galaxia local.
Esta distribución desigual de las ondas gravitacionales del retroceso de los agujeros negros debería “sonar” muy diferente de las ondas gravitacionales regulares emitidas por las fusiones de agujeros negros, así como las ondas en el espacio -tiempo emitido como agujeros negros en binarios en espiral.
La señal también difiere en función de la posición que un observador ocupa en relación con el retroceso del agujero negro. Esa diferenciación permite a los científicos mirar la señal de onda gravitacional y determinar la dirección y la velocidad del agujero negro patinado.
“Las fusiones de agujeros negros pueden entenderse como una superposición de diferentes señales, al igual que la música de una orquesta consistente con la combinación de música tocada por muchos instrumentos diferentes”, Juan Calderon-Bustillo, líder del equipo de estudio y un investigador del Instituto Galegode Fís altas enerxías (igfae),) dijo en un comunicado. “Sin embargo, esta orquesta es especial: el público ubicado en diferentes posiciones a su alrededor grabará diferentes combinaciones de instrumentos, lo que les permite comprender dónde están exactamente a su alrededor”.
Los científicos de Black Hole recibirán una patada de esto
Para investigar el retroceso de un agujero negro recién nacido, Calderon-Bustillo y sus colegas investigaron una fusión de dos agujeros negros de diferentes masas registradas por Ligo y Virgo en 2019 como la señal de onda gravitacional GW 190412.
La diferencia entre este estudio y los análisis anteriores de la señal es que este equipo utilizó una nueva metodología que les permitió detectar la patada recibida por la hija Black Hole.
“Salimos con este método en 2018. Mostramos que habilitaría las mediciones de patadas utilizando nuestros detectores actuales en un momento en que otros métodos existentes requerían detectores como Lisa [a proposed space-based gravitational wave detector]que estaba a más de una década de distancia “, dijo Calderon-Bustillo.” Desafortunadamente, para ese momento, Ligo y Virgo avanzados no habían detectado una señal con ‘música de varios instrumentos’ que pudieran permitir una medición de patada.
“Sin embargo, estábamos seguros de que una de esas detecciones debería ocurrir pronto. Fue extremadamente emocionante detectar GW190412 solo un año después, observe que la patada probablemente podría medirse y hacerlo”.
El agujero negro creado en la fusión que lanzó la señal GW190412 se vio corriendo fuera del sitio de su nacimiento a una asombrosa cantidad de 112,000 millas por hora (50 kilómetros por segundo). Eso es aproximadamente 150 veces la velocidad del sonido aquí en la tierra.
Si bien eso está lejos de la velocidad máxima que puede alcanzar un agujero negro después de una patada causada por la fusión, es lo suficientemente rápido como para permitir que este agujero negro escape de la densa agrupación de estrellas, o grupo globularen el que nació.
“Este es uno de los pocos fenómenos en astrofísica en el que no solo estamos detectando algo: estamos reconstruyendo el movimiento 3D completo de un objeto que está a miles de millones de años luz de distancia, utilizando solo ondas en el espacio-tiempo”, dijo Koustav Chandra, miembro del equipo de estudio e investigador de la Universidad Estatal de Penn, en la declaración. “Es una notable demostración de lo que pueden hacer las ondas gravitacionales”.
El siguiente paso para el equipo será usar este retroceso, así como las mediciones de dirección y velocidad de los agujeros negros de hija para investigar las fusiones de los agujeros negros a través de las ondas gravitacionales y con radiación electromagnéticaEl último de los cuales es la base de la “astronomía tradicional”.
“Las fusiones de agujeros negros en ambientes densos pueden conducir a señales electromagnéticas detectables, conocidas como bengalas, a medida que el agujero negro remanente atraviesa un entorno denso como unnúcleo galáctico ctive (AGN), “El miembro del equipo de estudio Samson Leong, de la Universidad China de Hong Kong, explicó en la declaración.” Debido a que la visibilidad de la bengala depende de la orientación del retroceso en relación con la Tierra, midiendo los retrocesos nos permitirá distinguir entre un verdadero par de señales electromagnéticas gravitacionales que proviene de un agujero negro y una coincidencia aleatoria “.
La investigación del equipo se publicó el martes (9 de septiembre) en la revista Astronomía de la naturaleza.