Los agujeros negros crecen a medida que el Universo se expande
Desde la primera observación de la fusión del agujero negro en 2015, los astrofísicos se han visto sorprendidos repetidamente por sus grandes masas.
Originalmente esperaban que los agujeros negros
tuvieran masas menos de unas 40 veces la del Sol. Sin embargo, los observatorios
LIGO y Virgo han detectado muchos agujeros negros con masas superiores a 50
masas solares, algunos tan masivos como 100 masas solares.
Un nuevo estudio publicado en el Cartas de revistas
astrofísicas es el primero en mostrar que masas de agujeros negros, grandes y
pequeños, pueden ser el resultado de un solo camino, en el que los agujeros
negros ganan masa a través de la expansión del propio Universo.
“Los astrónomos suelen modelar agujeros negros
dentro de un universo que no se expande. Ésta es una hipótesis que simplifica
las ecuaciones de Albert Einstein”, dijo el profesor Kevin Croker, astrónomo
del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Hawai en Manoa.
“Sin embargo, existe una compensación: las
predicciones solo pueden ser razonables durante un período de tiempo limitado”.
Debido a que los eventos individuales detectables
por LIGO-Virgo duran solo unos segundos, al analizar un solo evento, esta
simplificación tiene sentido. Pero estas mismas fusiones han estado
potencialmente en proceso durante miles de millones de años.
Durante el tiempo entre la formación de un par de
agujeros negros y su eventual fusión, el Universo crece profundamente.
Si se examinan cuidadosamente los aspectos más
sutiles de la teoría de Einstein, surge una posibilidad sorprendente: las masas
de agujeros negros podrían crecer al mismo ritmo que el Universo, un fenómeno
que el profesor Croker y sus colegas denominan “acoplamiento cosmológico”.
El ejemplo más conocido de material acoplado
cosmológico es la luz misma, que pierde energía a medida que el Universo crece.
“Pensamos en buscar el efecto contrario. ¿Qué
observaría LIGO-Virgo si los agujeros negros estuvieran acoplados
cosmológicamente y ganaran energía sin necesidad de consumir otras estrellas o
gases? dijo el profesor Duncan Farrah, astrónomo del Departamento de Física y
Astronomía y del Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai’i en Manoa.
Para estudiar esta hipótesis, los investigadores
simularon el nacimiento, la vida y la muerte de millones de pares de estrellas
grandes.
Todos los pares donde las dos estrellas murieron
para formar agujeros negros se vincularon luego al tamaño del Universo, desde
el momento de su muerte.
A medida que el Universo continuó creciendo, las
masas de estos agujeros negros aumentaron a medida que se acercaban entre sí.
El resultado no solo fue más agujeros negros masivos
cuando se fusionaron, sino también muchas más fusiones.
Cuando los científicos compararon los datos de
LIGO-Virgo con sus predicciones, se llevaron bastante bien.
“Este nuevo modelo es importante porque no requiere
ningún cambio en nuestra comprensión actual de cómo se forman, evolucionan o
mueren las estrellas”, dijeron.
“El acuerdo entre el nuevo modelo y nuestros datos
actuales proviene simplemente del reconocimiento de que los agujeros negros
realistas no existen en un universo estático”.
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