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Fusión de agujeros negros: la primera detección de múltiples frecuencias de llamada   

La fusión de dos agujeros negros tiene tres etapas: fase de inspiración, fusión y anillo descendente. En cada fase se emiten ondas gravitacionales características. La última fase de llamada es muy breve y codifica información sobre las propiedades del agujero negro final. El nuevo análisis de los datos del evento de fusión de agujeros negros binarios GW190521 ha proporcionado, por primera vez, evidencia de réplicas características de la fusión en forma de dos débiles frecuencias de anillo separadas producidas por el único agujero negro resultante a medida que se asentaba en una forma simétrica estable. . Esta es la primera detección de múltiples frecuencias de ondas gravitacionales en la etapa de llamada. Al igual que una campana "suena" durante algún tiempo después de estar atascada, el único agujero negro distorsionado resultante se formó después de la fusión "suena" durante algún tiempo emitiendo débiles ondas gravitacionales antes de alcanzar una forma simétrica estable. Y, precisamente la forma en que la campana determina las frecuencias específicas con las que suena, de manera similar, según el teorema del no pelo, la masa y el giro del agujero negro determinan las frecuencias de timbre. Por lo tanto, este desarrollo allana el camino para el uso de frecuencias de llamada para estudiar las propiedades del agujero negro final.  

Los agujeros negros son objetos masivos con campos gravitacionales extremadamente fuertes. Cuando dos agujeros negros en órbita giran uno alrededor del otro y eventualmente se fusionan, el tejido del espacio-tiempo a su alrededor se altera, lo que crea ondas de ondas gravitacionales que se irradian hacia afuera. Desde septiembre de 2015, cuando la astronomía de ondas gravitacionales comenzó con la primera detección por parte de LIGO de ondas gravitacionales generadas por la fusión de dos agujeros negros a 1.3 millones de años luz de distancia, la fusión de agujeros negros ahora se detecta de forma rutinaria casi una vez por semana.   

La fusión de los agujeros negros tiene tres fases. Cuando los dos agujeros negros están muy separados, orbitan lentamente entre sí emitiendo ondas gravitacionales débiles. El binario se mueve gradualmente hacia órbitas cada vez más pequeñas a medida que la energía del sistema se pierde en forma de ondas gravitacionales. Esto es fase inspiracional de coalescencia. El siguiente es fase de fusión cuando los dos agujeros negros se acercan lo suficiente como para fusionarse y formar un solo agujero negro con forma distorsionada. En esta etapa se emiten las ondas gravitacionales (GW) más fuertes, que ahora son detectadas y registradas de forma rutinaria por los observatorios de ondas gravitacionales.  

A la fase de fusión le sigue una etapa muy corta llamada etapa de llamada donde el único agujero negro distorsionado resultante alcanza rápidamente una forma esférica o esferoidal más estable. Ondas gravitacionales Los GW emitidos en la fase de ringdown son amortiguados y mucho más débiles que los GW emitidos en la fase de fusión. Así como una campana "suena" durante algún tiempo después de haber sido atascada, el único agujero negro resultante "suena" durante algún tiempo emitiendo ondas gravitacionales mucho más débiles antes de alcanzar una forma simétrica y estable.  

Las débiles frecuencias de llamada múltiples de las ondas gravitacionales liberadas durante la fase de llamada de la fusión de dos agujeros negros no han sido detectadas hasta el momento.  

Recientemente, un equipo de investigación ha logrado detectar múltiples frecuencias de ondas gravitacionales en la etapa de llamada del evento de fusión binaria de agujeros negros GW190521. Buscaron tonos de desvanecimiento individuales en las frecuencias de ringdown sin considerar ninguna relación con las frecuencias y los tiempos de amortiguación y lograron identificar dos modos que implican que el agujero negro deformado resultante emitió al menos dos frecuencias después de la fusión. Esto fue predicho por la relatividad general de Einstein, por lo que el resultado confirma la teoría. Además, los investigadores compararon las frecuencias y los tiempos de amortiguación de los dos modos de anillo encontrados en el evento de fusión para probar el "teorema sin pelo" (que los agujeros negros se caracterizan completamente por la masa y el giro y no se necesita ningún otro "pelo" para describir su características) y no encontró nada más allá de la relatividad general.  

Este es un hito porque se pensaba ampliamente que la observación de múltiples frecuencias de llamada no sería posible antes de que los detectores de ondas gravitacionales de próxima generación estén disponibles en el futuro.  

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Fuentes:   

  1. Capaño, CD et al. 2023. Espectro cuasinormal multimodo de un agujero negro perturbado. Cartas de revisión física. vol. 131, Número 22. 1 de diciembre de 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402  
  2. Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Noticias – Para quién suena el agujero negro. Disponible en https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160 

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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Periodista científico | Editor fundador de la revista Scientific European

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