Un equipo internacional de astrofísicos, en el que participa la Universidad de Zúrich, propone un nuevo método para detectar pares de los agujeros negros más grandes que se encuentran en los centros de las galaxias mediante el análisis de las ondas gravitacionales generadas por sistemas binarios de pequeños agujeros negros estelares cercanos. La investigación se publica en la revista Nature Astronomy.
El origen de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de las galaxias sigue siendo uno de los mayores misterios de la astronomía. Es posible que siempre hayan sido masivos y se hayan formado cuando el universo era aún muy joven. Alternativamente, es posible que hayan crecido con el tiempo mediante la acreción de materia y otros agujeros negros. Cuando un agujero negro supermasivo está a punto de devorar a otro agujero negro masivo, este emitirá ondas gravitacionales, que son ondulaciones en el espacio-tiempo que se propagan a través del universo.
El desafío de detectar agujeros negros masivos
Recientemente se han detectado ondas gravitacionales, pero solo de pequeños agujeros negros que son los restos de estrellas. La detección de las señales de pares individuales de grandes agujeros negros sigue siendo imposible, porque los detectores actuales no son sensibles a las frecuencias de ondas gravitacionales muy bajas que emiten. Los detectores previstos para el futuro, como la misión espacial LISA dirigida por la ESA, solucionarán parcialmente este problema, pero la detección de los pares de agujeros negros más masivos seguirá estando fuera de cuestión.
Utilizar frecuencias altas para medir frecuencias más bajas
Un equipo internacional de astrofísicos dirigido por antiguos alumnos de la Universidad de Zúrich propone una nueva idea y un método novedoso para detectar pares de los agujeros negros más grandes que se encuentran en los centros de las galaxias mediante el análisis de las ondas gravitacionales generadas por sistemas binarios de pequeños agujeros negros estelares cercanos, que son los restos de estrellas colapsadas.
Este enfoque, que requerirá un detector de ondas gravitacionales de deci-Hz, permitiría el descubrimiento de los sistemas binarios de 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 agujeros negros pequeños de forma similar a como las ondas de radio transportan la señal. Los agujeros negros supermasivos son la música que está codificada en la modulación de frecuencia (FM) de la señal detectada», dijo Jakob Stegmann, autor principal del estudio que comenzó este trabajo en la Universidad de Zurich como estudiante visitante y luego se trasladó al Instituto Max Planck de Astrofísica como investigador postdoctoral.
«El aspecto novedoso de esta idea es utilizar frecuencias altas que son fáciles de detectar para sondear frecuencias más bajas a las que aún no somos sensibles».
Una baliza indica agujeros negros más grandes
Resultados recientes de conjuntos de sincronización de púlsares ya respaldan la existencia de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos en fusión. Esta evidencia es, sin embargo, indirecta y proviene de la señal colectiva de muchos sistemas binarios distantes que efectivamente crean ruido de fondo.
El método propuesto para detectar sistemas binarios de agujeros negros supermasivos individuales aprovecha los cambios sutiles que causan en las ondas gravitacionales emitidas por un par de agujeros negros pequeños de masa estelar cercanos. El sistema binario de agujeros negros pequeños funciona así como un faro que revela la existencia de agujeros negros más grandes.
Al detectar las pequeñas modulaciones en las señales de los sistemas binarios de agujeros negros pequeños, los científicos podrían identificar sistemas binarios de agujeros negros supermasivos previamente ocultos con masas que van desde 10 millones a 100 millones de veces la de nuestro Sol, incluso a grandes distancias.
Lucio Mayer, coautor del estudio y teórico de agujeros negros en la Universidad de Zúrich, añadió: «Ahora que el camino para la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA) ya está definido, tras su adopción por la ESA en enero pasado, la comunidad necesita evaluar la mejor estrategia para la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales, en particular a qué rango de frecuencias deberían apuntar; estudios como este aportan una fuerte motivación para priorizar el diseño de un detector de deci-Hz».
Con información de Nature
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