¿Cómo detectar grandes agujeros negros? Con ayuda de los pequeños
Un equipo internacional de astrofísicos propone un novedoso método para detectar las parejas de agujeros negros gigantes que se encuentran en el centro de las galaxias analizando las ondas gravitacionales generadas por los agujeros negros estelares binarios más pequeños que se hallan en sus proximidades.
Por la Universidad de Zúrich
Cuando un agujero negro supermasivo está a punto de comerse a otro agujero negro masivo, este emitirá ondas gravitacionales, que son ondas en el espacio-tiempo que se propagan a través del universo. Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center/Scott Noble; simulation data, d'Ascoli et al. 2018
El origen de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las galaxias sigue siendo uno de los mayores misterios de la astronomía. Es posible que siempre hayan sido masivos y que se formaran cuando el universo era aún muy joven.
Otra posibilidad es que estos agujeros negros supermasivos hayan crecido con el tiempo por acumulación de materia y de otros agujeros negros. Cuando un agujero negro supermasivo está a punto de comerse a otro agujero negro masivo, emite ondas gravitacionales, que son ondulaciones en el espaciotiempo que se propagan por el cosmo a la velocidad de la luz.
El reto de detectar agujeros negros masivos
Recientemente se han detectado ondas gravitacionales, pero solo procedentes de pequeños agujeros negros que son restos de estrellas. Detectar las señales de pares individuales de grandes agujeros negros sigue siendo imposible, porque los detectores actuales no son sensibles a las bajísimas frecuencias de ondas gravitacionales que emiten.
Los futuros detectores en ciernes, como la misión espacial LISA, dirigida por la ESA, lo solucionarán en parte, pero la detección de las parejas de agujeros negros más masivos seguirá siendo imposible.
Utilice frecuencias altas para medir frecuencias más bajas
Un equipo internacional de astrofísicos, dirigido por antiguos estudiantes de la Universidad de Zúrich (Suiza), propone una nueva idea, y un método novedoso, para detectar parejas de los agujeros negros más grandes que se encuentran en el centro de las galaxias mediante el análisis de ondas gravitacionales generadas por binarias de pequeños agujeros negros estelares cercanos.
Recordemos que un agujero negro estelar es un tipo de agujero negro que se forma cuando una estrella masiva agota su combustible nuclear y colapsa bajo su propia gravedad al final de su vida. Este proceso ocurre típicamente en estrellas que tienen al menos unas veinte veces la masa del Sol. Cuando la estrella ha quemado todo el hidrógeno y el helio en su núcleo, su estructura ya no puede sostenerse, y la estrella se colapsa en una singularidad, lo que crea un agujero negro.
Dicho esto, el nuevo enfoque propuesto por los astrónomos, que requerirá un detector de ondas gravitacionales de DECi-hertz, permitiría descubrir los agujeros negros supermasivos más grandes, que de otro modo podrían permanecer inaccesibles.
"Nuestra idea funciona básicamente como escuchar un canal de radio. Proponemos utilizar la señal de pares de pequeños agujeros negros de forma similar a como las ondas de radio transportan la señal. Los agujeros negros supermasivos son la música que se codifica en la frecuencia modulada (FM) de la señal detectada —explica Jakob Stegmann, autor principal del estudio, que comenzó este trabajo en la Universidad de Zúrich como estudiante visitante y desde entonces se trasladó al Instituto Max Planck de Astrofísica como investigador postdoctoral. Y añade—: Lo novedoso de esta idea es utilizar frecuencias altas que son fáciles de detectar para captar frecuencias más bajas a las que aún no somos sensibles".
Un faro indica la existencia de agujeros negros mayores
Los resultados recientes de las series de cronometraje de púlsares apoyan ya la existencia de agujeros negros binarios supermasivos en fusión. Sin embargo, estas pruebas son indirectas, y proceden de la señal colectiva de muchas binarias distantes que crean ruido de fondo.
El método propuesto para detectar agujeros negros binarios supermasivos individuales aprovecha los sutiles cambios que provocan en las ondas gravitacionales emitidas por un par de agujeros negros pequeños de masa estelar cercanos. De este modo, el agujero negro binario pequeño funciona como un faro que revela la existencia de los agujeros negros mayores.
Detectando las diminutas modulaciones de las señales procedentes de pequeñas binarias de agujeros negros, los científicos podrían identificar, incluso a grandes distancias, binarias de agujeros negros supermasivos con masas comprendidas entre diez y cien millones de veces la de nuestro sol, ocultas hasta ahora.
"Dado que el camino para la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA) ya está trazado, tras su adopción por la ESA el pasado enero, la comunidad necesita evaluar la mejor estrategia para la siguiente generación de detectores de ondas gravitacionales, en particular a qué rango de frecuencias deberían dirigirse. Estudios como éste aportan una fuerte motivación para priorizar el diseño de un detector deciHz", concluye Lucio Mayer, coautor del estudio y teórico de los agujeros negros en la Universidad de Zúrich. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Zúrich -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Stegmann, J., Zwick, L., Vermeulen, S.M. et al. Imprints of massive black-hole binaries on neighbouring decihertz gravitational-wave sources. Nature Astronomy (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02338-0
