Investigadores de la Universidad de Cardiff han identificado un peculiar movimiento de torsión en las órbitas de dos agujeros negros en colisión, un fenómeno exótico predicho por la teoría de la gravedad de Einstein.
Su estudio, publicado en Nature y dirigido por el profesor Mark Hannam, el Dr. Charlie Hoy y el Dr. Jonathan Thompson, informa que esta es la primera vez que se observa este efecto, conocido como precesión, en agujeros negros, donde la torsión es 10 mil millones de veces más rápido que en observaciones anteriores.
El sistema binario de agujeros negros se encontró a través de ondas gravitacionales a principios de 2020 en los detectores Advanced LIGO y Virgo. Uno de los agujeros negros, 40 veces más grande que nuestro Sol, es probablemente el agujero negro que gira más rápido que se haya encontrado a través de ondas gravitacionales. Y a diferencia de todas las observaciones anteriores, el agujero negro que giraba rápidamente distorsionó tanto el espacio y el tiempo que toda la órbita del sistema binario se tambaleó de un lado a otro.
Esta forma de precesión es específica de la teoría de la relatividad general de Einstein. Estos resultados confirman su existencia en el evento físico más extremo que podemos observar, la colisión de dos agujeros negros.
«Siempre hemos pensado que los agujeros negros binarios pueden hacer esto», dijo el profesor Mark Hannam del Instituto de Exploración de la Gravedad de la Universidad de Cardiff. «Esperábamos encontrar un ejemplo desde las primeras detecciones de ondas gravitacionales. Tuvimos que esperar cinco años y más de 80 detecciones separadas, ¡pero finalmente tenemos una!»
Un ejemplo más realista de precesión es el bamboleo de un trompo, que puede tambalearse, o precesarse, una vez cada pocos segundos. Por el contrario, la precesión en la relatividad general suele ser un efecto tan débil que es imperceptible. En el ejemplo más rápido medido previamente desde estrellas de neutrones en órbita llamadas púlsares binarios, la órbita tardó más de 75 años en precesar. El binario del agujero negro en este estudio, coloquialmente conocido como GW200129 (llamado así por la fecha en que se observó, el 29 de enero de 2020), tiene una precesión varias veces por segundo, un efecto 10 mil millones de veces más fuerte que el medido anteriormente.
El Dr. Jonathan Thompson, también de la Universidad de Cardiff, explicó: «Es un efecto muy difícil de identificar. Las ondas gravitacionales son extremadamente débiles y para detectarlas se requiere el aparato de medición más sensible de la historia. La precesión es un efecto aún más débil enterrado dentro del ya señal débil, por lo que tuvimos que hacer un análisis cuidadoso para descubrirlo».
Las ondas gravitacionales fueron predichas por Einstein en 1916. Los instrumentos LIGO avanzados las detectaron directamente por primera vez a partir de la fusión de dos agujeros negros en 2015, un descubrimiento revolucionario que condujo al Premio Nobel de 2017. La astronomía de ondas gravitacionales es ahora uno de los campos más vibrantes de la ciencia, con una red de detectores avanzados LIGO, Virgo y KAGRA que operan en los EE. UU., Europa y Japón. Hasta la fecha ha habido más de 80 detecciones, todas de fusión de agujeros negros o estrellas de neutrones.
«Hasta ahora, la mayoría de los agujeros negros que hemos encontrado con ondas gravitacionales han estado girando con bastante lentitud», dijo el Dr. Charlie Hoy, investigador de la Universidad de Cardiff durante este estudio, y ahora en la Universidad de Portsmouth. «El agujero negro más grande en este binario, que era unas 40 veces más masivo que el Sol, giraba casi tan rápido como era físicamente posible. Nuestros modelos actuales de cómo se forman los binarios sugieren que este fue extremadamente raro, tal vez un evento de uno en mil». O podría ser una señal de que nuestros modelos deben cambiar».
La red internacional de detectores de ondas gravitacionales se está actualizando actualmente y comenzará su próxima búsqueda del universo en 2023. Es probable que encuentren cientos de agujeros negros más en colisión, y les dirán a los científicos si GW200129 fue una rara excepción o una señal de que nuestro universo es aún más extraño de lo que pensaban.
Con información de Universidad de Cardiff
