Descubren misteriosas nuevas partículas alrededor de agujeros negros
Nubes de partículas ultraligeras, nunca
identificadas hasta el momento, se formarían alrededor de los agujeros negros
binarios cuando giran a altas velocidades, según un nuevo estudio. Estas nubes
dejarían una huella característica en las ondas gravitacionales emitidas por
los agujeros negros: su comportamiento es sorprendentemente similar a las nubes
de electrones en los átomos.
Un equipo de físicos de la Universidad de Amsterdam,
en Países Bajos, y la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, ha descubierto
que los agujeros negros estarían rodeados por una nube de partículas
ultraligeras que se manifiestan de forma semejante a la nube de electrones en
un átomo. Sus movimientos dejarían una “firma” característica, que puede
detectarse a través de las ondas gravitacionales generadas por los agujeros
negros.
De acuerdo a una nota de prensa, cuando otro objeto
pesado se fusiona con el agujero negro, el “átomo gravitacional” conformado por
las nuevas partículas, denominadas bosones ultraligeros, se ioniza y emite
partículas que se desprenden de su estructura a toda velocidad, al igual que
los electrones de los átomos convencionales “salen disparados” cuando la luz
incide sobre un metal. El nuevo estudio ha sido publicado recientemente en la
revista Physical Review Letters.
Nubes de
bosones
Un bosón es uno de los dos tipos básicos de
partículas elementales presentes en la naturaleza, junto a los fermiones. Según
los científicos, una inestabilidad energética forma espontáneamente una nube de
bosones ultraligeros alrededor de un agujero negro binario en rotación. La
presencia de estas nubes de bosones afecta a la dinámica de los agujeros negros
y a sus señales de ondas gravitacionales asociadas.
El equipo de físicos pudo demostrar que el
“compañero” del agujero negro que gira a altas velocidades puede inducir
variaciones en la nube de partículas, “ionizándola” de manera análoga al efecto
fotoeléctrico que se produce en la física atómica, o sea cuando la luz moviliza
a los electrones en un átomo. La ionización mencionada contiene características
energéticas nítidas, que conducen a variaciones claramente observables en las
ondas gravitacionales emitidas por los agujeros negros.
Estas discontinuidades son una firma única de la
nube de bosones: si se pudiera observarlas directamente, no solamente se
concretaría la detección del propio bosón ultraligero nunca antes identificado,
sino que también se conseguiría una información vital sobre su masa y el estado
de la nube. Además, este fenómeno resolvería otro misterio ligado a los
agujeros negros: la superradiación.
La energía que
queda libre
En general, se cree que los agujeros negros se
tragan todas las formas de materia y energía que los rodean. Sin embargo,
también se sabe desde hace mucho tiempo que pueden desprenderse de parte de su
masa a través de un proceso llamado superradiación. Para que pueda comprobarse
este fenómeno, es imprescindible observar directamente en la naturaleza a las
partículas nuevas que lo protagonizan, hasta ahora no observadas. Esas
partículas serían precisamente los bosones ultraligeros.
La superradiación forma una gran nube alrededor del
agujero negro, creando el llamado “átomo gravitacional”. A pesar del tamaño
inmensamente mayor de un átomo gravitacional, la comparación con los átomos
submicroscópicos es precisa, debido a la similitud del agujero negro junto a su
nube con la estructura familiar de los átomos ordinarios, donde las nubes de
electrones rodean un núcleo de protones y neutrones.
Referencia
Sharp Signals
of Boson Clouds in Black Hole Binary Inspirals. Daniel Baumann et al. Physical
Review Letters (2022). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.221102
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