Las “vibraciones” que quedan después de una fusión

Cuando dos agujeros negros se fusionan, el nuevo objeto no alcanza inmediatamente un estado estable. Durante un breve intervalo continúa deformándose y emitiendo ondas gravitacionales, hasta que esas perturbaciones terminan apagándose.

Esta fase recibe el nombre de ringdown y suele compararse con el sonido de una campana después de ser golpeada: las vibraciones aparecen con determinadas frecuencias y van desapareciendo progresivamente.

Según la relatividad general, estas señales dependen principalmente de dos características del agujero negro final: su masa y su rotación.

Sin embargo, un nuevo estudio plantea que el entorno podría introducir pequeñas modificaciones en esas ondas y ofrecer información sobre aquello que rodea al agujero negro.

¿Puede haber “materia oculta” alrededor?

Los agujeros negros no existen necesariamente aislados. Pueden estar rodeados de gas, plasma, discos de acreción u otras formas de materia capaces de modificar ligeramente el espacio-tiempo cercano.

Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Nagoya, en Japón, desarrolló un marco teórico para estudiar cómo estas alteraciones podrían dejar una huella en el ringdown.

El resultado principal es que la materia adicional no afectaría de la misma manera a todos los aspectos de la señal.

La frecuencia de las oscilaciones y la rapidez con la que estas se atenúan podrían cambiar de forma diferente. Esa diferencia sería especialmente interesante porque podría ofrecer pistas no solo sobre la presencia de materia, sino también sobre cómo está distribuida alrededor del agujero negro.

El llamado “pelo” de los agujeros negros

Durante décadas, los modelos más simples han descrito los agujeros negros mediante unas pocas propiedades fundamentales. Sin embargo, los científicos investigan si podrían existir características adicionales capaces de diferenciarlos.

Estas propiedades reciben informalmente el nombre de “pelo” de un agujero negro.

Detectar ese “pelo” podría indicar la existencia de materia alrededor del objeto o incluso desviaciones respecto a las predicciones más sencillas de la relatividad general.

El problema es que otros fenómenos físicos también pueden modificar las señales gravitacionales, por lo que distinguir cada efecto resulta especialmente complejo.

Cómo se detectan las ondas gravitacionales

Instrumentos como LIGO, Virgo y KAGRA permiten observar las ondas gravitacionales producidas por fusiones de agujeros negros.

Estos detectores utilizan largos brazos perpendiculares atravesados por haces láser. Cuando una onda gravitacional pasa por la Tierra, provoca cambios extremadamente pequeños en las distancias medidas dentro de los interferómetros.

A partir de esas variaciones es posible reconstruir la señal producida por el evento cósmico.

Aunque ya se han observado numerosos agujeros negros mediante este método, los propios autores aclaran que su trabajo es puramente teórico y que todavía no han demostrado que estas pequeñas modificaciones puedan detectarse con la tecnología actual.

Analizar la luz cerca del agujero negro

Para desarrollar su modelo, los investigadores estudiaron también el comportamiento de la luz que orbita cerca de un agujero negro, una región donde los efectos gravitatorios son extremadamente intensos.

El equipo introdujo pequeñas modificaciones teóricas en el espacio-tiempo y calculó cómo estas afectarían posteriormente al ringdown.

Además, analizaron trayectorias de luz que se desplazan tanto en el mismo sentido que la rotación del agujero negro como en dirección contraria.

Los resultados mostraron que la frecuencia y la velocidad de atenuación de las ondas responden de manera diferente a estas modificaciones.

Una posible ventana hacia física desconocida

Si estas diferencias pudieran medirse en el futuro, los astrónomos no solo podrían detectar que existe algo adicional alrededor de un agujero negro, sino también obtener pistas sobre la naturaleza y distribución de esa materia.

Por el momento, los resultados son preliminares y será necesario desarrollar modelos más realistas y disponer de detectores más sensibles.

Sin embargo, el método abre una nueva posibilidad: utilizar las vibraciones finales de los agujeros negros como una herramienta para estudiar regiones donde la gravedad alcanza condiciones extremas y buscar posibles señales de materia todavía desconocida o nueva física.

Fuente: Sinc.

Macarena