A millones de años luz de la Tierra, un grupo de agujeros negros atrapados en un tango de proporciones cataclísmicas ha abierto nuevos horizontes para que los astrónomos investiguen.
Los agujeros negros se encuentran entre los objetos más fascinantes del universo; Los físicos fundamentales creen que todavía esconden muchos elementos indispensables para nuestra comprensión general del cosmos. A pesar de todo, nuestro conocimiento de estos objetos es aún bastante limitado.
Pero en los últimos años se han logrado avances significativos gracias a la llegada de un instrumento revolucionario: el Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, o LIGO, que se unió al arsenal de los astrónomos en 2002. Este dispositivo está completamente dedicado al estudio de ondas gravitacionales. En teoría, estas son oscilaciones espacio-temporales predichas por la relatividad general de Einstein; en la práctica, para los astrónomos, es sobre todo una señal de que un evento muy violento y enérgico podría haber tenido lugar a años luz de la Tierra.
En 2015, LIGO se distinguió con un descubrimiento sensacional: fue el primero en detectar estas ondas gravitacionales tras la fusión de un par de agujeros negros. Una pequeña revolución en astronomía, pero que planteó tantas preguntas como respuestas.
Un primer contacto muy misterioso
Si bien este campo de investigación continúa progresando, hoy en día quedan preguntas centrales a las que todavía no sabemos cómo responder con absoluta certeza. Todavía no podemos determinar exactamente las circunstancias en las que se forman. Por lo tanto, los investigadores continúan rastreando las ondas gravitacionales con la esperanza de encontrar las piezas faltantes del rompecabezas.
Es en este contexto que en 2019, el LIGO y su homólogo italiano, el Virgo, detectaron ondas gravitacionales de una intensidad inusual. El evento, denominado GW190521, ha sido interpretado por los astrónomos como una nueva fusión colosal de agujeros negros, con una masa mayor que el límite físico teorizado en este contexto.
Este último elemento fue, por decir lo menos, sospechoso para los investigadores. Pero más tarde, hicieron un descubrimiento curioso: este evento produjo luz visible, lo cual es bastante sorprendente en este contexto. Entonces, los astrónomos continuaron examinando GW190521 y terminaron haciendo un tercer descubrimiento alucinante.
Una cuestión de geometría
Por lo general, cuando dos agujeros negros están a punto de fusionarse, comparten una órbita relativamente similar. circular (en su repositorio). Este formulario es importanteporque está directamente relacionado con las fuerzas gravitatorias en juego.Los dos agujeros negros se acercan gradualmente al centro de esta órbita común girando uno alrededor del otro hasta la fatídica colisión.
Pero en el caso de estas obras, ocupan órbitas muy alargadas; hablamos de una órbita elíptica. Un punto que parece simplemente incompatible con los modelos actuales en este caso No hay más duda posible: sin duda hay una anguila debajo de la roca, y probablemente sea un evento más complejo de lo que imaginaban los investigadores.
Por lo tanto, las observaciones se reanudaron con renovado vigor, con la esperanza de sacar los gusanos de GW190521. Muy rápidamente, una nueva evidencia se impuso a los astrónomos: la única explicación válida es queun tercer cuerpo celeste ha venido literalmente a jugar los impedimentos para dar vueltas en círculos. Un verdadero premio gordo, ya que todos los avistamientos, incluidos los de 2019, han demostrado ser consistentes con este escenario.
Un “tango caótico” entre monstruos cósmicos
De hecho, dada la inmensidad de las masas involucradas, los investigadores consideran que la escena tiene lugar muy cerca del centro de una galaxia. Estos son lugares generalmente dominados por agujeros negros de proporciones dantescas, varios millones de veces más pesados que nuestro Sol; entonces hablamos de un agujero negro supermasivo.
Estos generan una fuerza gravitacional tan inmensa que solo permite estructura galaxias enteras; una vez capturado por el disco de gas alrededor del agujero negro supermasivo, incluso los agujeros negros normales no tienen voz.
“En estos entornos, la densidad y la velocidad de los agujeros negros son tan altas que los más pequeños rebotan en todas direcciones como en una partida de billar.”, explica Bence Kocsis, coautor del estudio de la Universidad de Oxford.
“Se encuentran allí, forman parejas, y estas parejas aún pueden interactuar con un tercer agujero negro, lo que conduce a un tango caótico con varios agujeros negros yendo en todas direcciones”, detalla su coautor Hiromichi Tagawa de la Universidad de Tohoku.
Un paso adelante en nuestra comprensión del universo
Por lo tanto, nos encontramos en un sistema con más de dos agujeros negros, lo que representa un desafío completamente diferente. De hecho, este «problema de N-cuerpos» es simplemente uno de los problemas más antiguos de la física fundamental. Porque en tal sistema, los diferentes objetos se comportan de acuerdo a un modelo llamado «caótico» (ver teoría del caos y el video ilustrativo arriba). Para decirlo muy, muy sucintamente, esto significa que es más o menos imposible predecir perfectamente su comportamiento; esto requeriría un nivel infinito de precisión, lo cual es imposible.
Por lo tanto, podemos decir que fascinantes acertijos físico-matemáticos esperan a los investigadores en el turno. “Es algo que Newton, yo mismo y muchos otros hemos estudiado muy intensamente.”, explica Nathan W. Leigh, otro coautor del estudio. “El hecho de que este problema desempeñe un papel crucial en las fusiones que tienen lugar en el disco de un agujero negro supermasivo es increíblemente fascinante.”, se entusiasma.
A partir de ahora, el desafío será aprender más sobre los famosos discos de agujeros negros supermasivos. Por lo tanto, el objetivo será tratar de detectar nuevos eventos inusuales como GW190521. Entonces podrán aprender más sobre la dinámica de los agujeros negros, especialmente los supermasivos. Por extensión, esto mejorará nuestra comprensión general del universo y la dinámica de las galaxias. ¡Y todo esto gracias a un enorme juego de billar cataclísmico que se juega a millones de años luz de la Tierra!
El texto del estudio está disponible aquí.
