Un sistema binario de agujeros negros ha mostrado precesión causada por fuerzas gravitacionales tan fuertes que arrastran el espacio-tiempo
En febrero de 2016, los científicos del Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) anunciaron la primera detección de ondas gravitacionales (GW). Estas ondas, originalmente predichas por la teoría general de la relatividad de Einstein, son ondas en el espacio-tiempo que ocurren cuando se fusionan objetos masivos (como agujeros negros y estrellas de neutrones). Desde entonces, observadores de todo el mundo han detectado innumerables eventos de GW, hasta el punto de que se han convertido en un hecho casi diario. Esto ha permitido a los astrónomos conocer algunos de los objetos más extremos del Universo.
En un estudio reciente, un equipo internacional de investigadores dirigido por la Universidad de Cardiff observó un sistema binario de agujeros negros detectado originalmente en 2020 por los observatorios LIGO, Virgo y KAGRA. Durante el proceso, el equipo notó un movimiento de torsión particular (es decir, una precesión) en las órbitas de los dos agujeros negros en colisión que fue 10 mil millones de veces más rápido que lo observado con otros objetos en precesión. Esta es la primera vez que se observa una precesión con agujeros negros binarios y confirma otro fenómeno predicho por la Relatividad General.
Una maraña de espacio-tiempo
Los agujeros negros binarios (BBH) se consideran un candidato ideal para la investigación de ondas gravitacionales, ya que los astrónomos esperan que muchos de ellos estén en precesión. En este escenario, Los agujeros negros giran unos alrededor de otros en órbitas cada vez más estrechas., generando ondas gravitacionales cada vez más fuertes hasta fusionarse. Hasta ahora, no se ha observado evidencia definitiva de precesión orbital en los 84 sistemas BBH detectados por LIGO y Virgo. Pero el equipo notó algo diferente al examinar el evento GW200129 detectado durante su tercer ciclo operativo (O3).
Uno de los agujeros negros de este sistema (~40 masas solares) Se considera el agujero negro que gira más rápido jamás detectado mediante ondas gravitacionales.. A diferencia de todas las observaciones anteriores de BBH, la rápida rotación del sistema Tiene un efecto tan profundo en el espacio-tiempo que todo el sistema oscila hacia adelante y hacia atrás.. Esta forma de precesión se conoce como Arrastre de cuadros (también llamado “efecto de sed de lentes”), una consecuencia de la Relatividad General en la que Las fuerzas gravitacionales son tan fuertes que “arrastran” consigo el tejido mismo del espacio-tiempo, creando verdaderos “nodos”..
Un fenómeno similar se observa al observar la órbita de Mercurio, que periódicamente lo precede mientras orbita alrededor del Sol. En la práctica, la trayectoria de Mercurio alrededor del Sol es muy excéntrica e incluso el punto más distante de su órbita (perihelio) se mueve con el tiempo, girando. alrededor del Sol como una peonza. En la relatividad general, la precesión suele ser un efecto tan débil que resulta casi imperceptible. Las ondas gravitacionales son extremadamente débiles y para detectarlas se requiere el aparato de medición más sensible de la historia. La precesión es un efecto aún más débil enterrado dentro de una señal ya débilpor lo que se necesitan análisis muy precisos para reconocerlo.
Una confirmación de la precesión
Anteriormente, el ejemplo más conocido fue un púlsar binario que tardó más de 75 años en completar su órbita. En este caso, el par de agujeros negros conocido como GW200129 (observado el 29 de enero de 2020) lo completó varias veces por segundo, un efecto 10 mil millones de veces más fuerte que el del púlsar binario. Aun así, confirmar que los agujeros negros de este sistema estaban en precesión fue un desafío importante.
Estos resultados confirman que antes de la fusión de los agujeros negros – el evento gravitacional más extremo jamás observado por los astrónomos – Los agujeros negros binarios pueden experimentar precesión orbital. También es el último de una larga lista de ejemplos que demuestran cómo la astronomía de ondas gravitacionales permite a los astrónomos investigar las leyes de la física en las condiciones más extremas imaginables. Con una red formada por detectores Advanced LIGO, Virgo y KAGRA en Estados Unidos, Europa y Japón, es también uno de los campos más activos de investigación astronómica.
Actualmente, esta red se está actualizando para mejorar su sensibilidad a los eventos y comenzará su cuarta ronda de observaciones (O4) en 2023. Cuando esto suceda, se espera que se detecten y agreguen al catálogo varios cientos de colisiones de agujeros negros. Esto permitirá a los astrónomos obtener más información sobre el fenómeno gravitacional más extremo del Universo y saber si GW200129 fue un caso atípico o si eventos tan extremos son algo común.
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