Los agujeros negros binarios pueden desbloquear otra de las predicciones de Einstein

 

En el gran esquema de las cosas, la estructura de un agujero negro es bastante simple. Todo lo que necesitas saber es su masa, carga eléctrica y rotación, y sabes cuál debe ser la estructura del espacio y el tiempo alrededor del agujero negro.

Pero si tienes dos agujeros negros orbitando entre sí, entonces las cosas se complican mucho. A diferencia de un único agujero negro, para el que existe una solución exacta a las ecuaciones de Einstein, no existe una solución exacta para dos agujeros negros. Es similar al problema de los tres cuerpos en la gravedad newtoniana. Pero eso no significa que los astrónomos no puedan resolver las cosas, como muestran un par de estudios recientes.

Aunque las ecuaciones de Einstein no tienen una solución exacta para un sistema binario de agujeros negros, hay aspectos de los agujeros negros binarios que las ecuaciones predicen. Uno de ellos se conoce como resonancia de espín-órbita. Cuando un agujero negro gira, la estructura del espacio que lo rodea se tuerce en la dirección de rotación, lo que se conoce como arrastre de marco. Cuando dos agujeros negros se orbitan muy de cerca, el arrastre de marco de cada agujero negro afecta la rotación del otro. Como resultado, los dos agujeros negros tenderán a entrar en resonancia, donde las rotaciones se alinearán de la misma manera (paralelas) o de manera opuesta (antiparalelas). Si la resonancia espín-órbita es real, entonces los pares binarios deberían tender a tener una de estas orientaciones.

Un estudio reciente sugiere que esto es cierto. En él, el equipo analizó los datos de ondas gravitacionales de fusiones de agujeros negros conocidas y descubrió que sus rotaciones tienden a ser paralelas o antiparalelas. Dado el pequeño tamaño de la muestra y el hecho de que las rotaciones binarias de los agujeros negros nunca están exactamente alineadas, no hay suficientes datos para confirmar el efecto, pero los datos que tenemos apuntan en esa dirección.

Uno de los desafíos para medir el giro de un agujero negro es que la señal es bastante débil. Las ondas gravitacionales que medimos a partir de fusiones de agujeros negros distantes son tan débiles que es fácil perderse en el ruido. Los observatorios como LIGO y Virgo necesitan realizar mediciones extremadamente sensibles y sus datos deben filtrarse a través de modelos informáticos. Es la combinación de procesamiento de datos y simulación por computadora lo que hace que las fusiones sean detectables. Agregar efectos a la mezcla hace que las cosas sean aún más difíciles.

Pero en un segundo artículo, el equipo analizó cómo podíamos obtener mejores resultados. Descubrieron que la señal de resonancia de espín es más fuerte cuando están a punto de fusionarse. Eso tiene sentido ya que es cuando están más juntos y cuando el arrastre de fotogramas es más fuerte. Pero actualmente, la información de rotación de los agujeros negros binarios se encuentra observando las ondas gravitacionales mientras aún se orbitan entre sí. El equipo mostró cómo los modelos pueden analizar la señal de fusión cercana y obtener resultados mucho mejores. Al aplicar este nuevo método a las fusiones de agujeros negros, deberían poder confirmar la resonancia de giro-órbita en un futuro próximo.

La astronomía de ondas gravitacionales sigue siendo un campo nuevo, y todavía estamos aprendiendo cómo capturar y analizar los datos. Como muestran estos nuevos estudios, las ondas gravitacionales contienen una gran cantidad de información, y con un poco de investigación podemos descubrir mucho más.

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Referencia: Varma, Vijay, et al. “Indicios de resonancias de giro-órbita en la población binaria de agujeros negros”. Cartas de revisión física 128.3 (2022): 031101.

Referencia: Varma, Vijay, et al. “Medición de las orientaciones de giro del plano orbital del agujero negro binario”. Revisión física D 105.2 (2022): 024045.

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