Ondas gravitacionales reconfirmadas: agujeros negros clásicos

Desde la década de 1970, se han desarrollado y mejorado continuamente detectores para medir directamente las ondas gravitacionales. Son interferómetros láser en forma de L que tienen brazos de un kilómetro de longitud. Sólo gracias a estas dimensiones y a través de láseres cuyos haces se pliegan varias veces a lo largo de un brazo, los detectores se vuelven lo suficientemente sensibles como para detectar pequeñas vibraciones en la estructura del espacio-tiempo. La primera señal de este tipo se denominó GW150914 y se midió el 14 de septiembre de 2015 con los dos interferómetros láser LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory). Los dos detectores en Estados Unidos, instalados en Hanford y Livingston, a unos 3.000 kilómetros de distancia entre sí, tienen cada uno una longitud de brazo de cuatro kilómetros.

La señal de avance se detuvo después de unas décimas de segundo. Fue creado por la fusión de dos agujeros negros de unas 30 masas solares a unos mil millones de años luz de la Tierra. Este fue el nacimiento de la astronomía de ondas gravitacionales. Las mediciones fueron recompensadas con el Premio Nobel de Física otorgado a tres destacados científicos de LIGO en 2017. Desde entonces, se han medido casi 100 señales de este tipo. Casi todos ellos provienen de dos agujeros negros que primero orbitaron entre sí y luego colisionaron. Algunas señales provienen de dos estrellas de neutrones. El resultado de tal catástrofe cósmica es la propagación continua de ondas gravitacionales y la formación de un único agujero negro después de la colisión.

Temblores característicos

Cuando dos agujeros negros orbitan entre sí y eventualmente se fusionan, producen ondas gravitacionales con una progresión típica: la frecuencia y su amplitud de la onda gravitacional aumentan cada vez más hasta que los agujeros negros chocan. Esto crea un nuevo agujero negro más masivo que vuelve a “sacudir vigorosamente”. Entonces la onda gravitacional se detiene repentinamente porque la amplitud decae exponencial y rápidamente. En los círculos especializados, la forma de onda característica se llama señal de chirrido y su final repentino es el timbre.

Anillo doble

La señal GW190521, medida el 21 de mayo de 2019 con LIGO y el detector de ondas gravitacionales Virgo en Italia, también muestra esta tendencia. Capano y su equipo de AEI lo analizaron de cerca y descubrieron dos frecuencias ocultas en la parte de llamada de la señal. Capano compara su comportamiento con el de una campana, cuyo sonido también tiene tonos de diferentes frecuencias y finalmente se queda en silencio. Por lo tanto, GW190521 contiene en el tono de llamada un acorde de dos tonos amortiguados, también llamados modos cuasi normales. Tienen frecuencias de 63 y 98 Hertz.

Sin pelo

La señal tiene la forma predicha por la teoría. Las formas de onda gravitacionales se pueden simular en supercomputadoras utilizando la relatividad numérica. Los investigadores no encontraron desviaciones del comportamiento clásico esperado. En particular, el teorema del pelo, propuesto por el teórico de la relatividad John Wheeler, circula desde hace décadas. Afirma que los agujeros negros clásicos pueden tener un máximo de tres propiedades: masa, espín (momento angular) y carga eléctrica. Al igual que las cabezas calvas, los agujeros negros se parecen entre sí, de ahí el nombre del teorema. En la señal medida sólo se encontraron dos propiedades del agujero negro resultante: masa y momento angular, por lo que se confirmó el teorema de la falta de cabello.

Además, en su trabajo de investigación, el equipo de Capano pudo descartar dos escenarios para la aparición de la señal de onda gravitacional: no podría haber sido una colisión frontal de estrellas exóticas o el colapso de una sola estrella con un disco de materia. . para formar un agujero negro.