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Los agujeros negros podrían expandirse junto con el universo

Los agujeros negros podrían expandirse junto con el universo


Imagen creada por un artista de un par de agujeros negros supermasivos.

En 2015, dos agujeros negros fueron capturados fusionándose cuando se detectaron en la Tierra las ondas en el espacio-tiempo que crearon. Desde entonces, los detectores de ondas gravitacionales han encontrado muchas más de estas fusiones, ampliando nuestra comprensión de las colisiones más épicas conocidas por la ciencia. Ahora, un equipo de astrofísicos que examina los datos de estas detecciones ha propuesto que los agujeros negros supermasivos en realidad se están expandiendo junto con el universo mismo.

El universo se está expandiendo a un ritmo acelerado, pero no es que todo simplemente se esté agrandando. Más bien, enormes masas como las galaxias se están alejando más de nosotros (y entre sí) a medida que el espacio intermedio se expande. No experimentamos esta expansión localmente, porque la gravedad mantiene unido nuestro sistema solar y otras colecciones de materia, pero podemos ver la expansión cuando miramos hacia el espacio y notamos galaxias distantes que se alejan de nosotros (la luz que vemos de ellas es de tipo “rojo desplazado”, lo que significa que las longitudes de onda se han extendido por el espacio expandido). Nadie sabe exactamente por qué el universo se está expandiendo cada vez más rápido, pero los astrofísicos culpan a algo inexplicable llamado energía oscura.

Sin embargo, según un nuevo estudio de investigación, la expansión del universo puede estar agrandando ciertos objetos. Los agujeros negros supermasivos tienen masas lo suficientemente grandes y vidas lo suficientemente largas como para verse afectados por esta expansión, argumentan los investigadores, lo que significa que, a diferencia de la Tierra o el Sol u otros objetos ligados gravitacionalmente, los agujeros negros crecen notablemente a lo largo del universo. El artículo fue publicado en Astrophysical Journal Letters.

La detección de 2015 fue realizada por la colaboración LIGO-Virgo, experimentos subterráneos que utilizan rayos láser y espejos para atrapar ondas en el espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales. El equipo detrás del nuevo artículo observó los agujeros negros como los dos objetos que causaron la señal de 2015.

“En cualquier fusión individual, LIGO Virgo ve algo así como los últimos 10 segundos del emocionante tráiler de una nueva serie. Nuestro modelo propuesto describe todo el arco de la historia de la serie completa, colocando en contexto los clips utilizados para hacer el tráiler”, explicó Duncan Farrah, astrofísico de la Universidad de Hawai’i en Mānoa, en un correo electrónico a Gizmodo.

El equipo modeló el tamaño de los agujeros negros en proporción a la expansión del universo y descubrió que los agujeros negros crecerían a medida que giraban en espiral uno hacia el otro. (Esta expansión de los agujeros negros sucedería incluso a los que no estuvieran girando en espiral entre sí, pero esos son los que podemos ver a través de las detecciones de sus ondas gravitacionales). Y los agujeros negros en los centros de las galaxias también se expandirían junto con el universo.

Kevin Croker, también astrofísico de la Universidad de Hawai’i en Mānoa y coautor del artículo, dijo a Gizmodo en un correo electrónico que “hemos propuesto que la masa de cualquier agujero negro es proporcional al tamaño del universo, elevado a algún exponente. Este exponente da la ‘fuerza’ del acoplamiento. En cualquier universo en expansión, todas las masas de agujeros negros crecerán de esta manera. Si la expansión del universo se acelera, las masas de los agujeros negros crecerán cada vez más rápido. Por lo tanto, no es la aceleración de la expansión lo que causa el crecimiento, solo la expansión en sí”.

Por lo general, los agujeros negros se modelan en un universo que no se expande; básicamente, es una medida momentánea que permite a los astrofísicos calcular cosas como la masa de un agujero negro sin tener que preocuparse por cómo la expansión del universo cambia las cosas.

Imagen de un artista de un agujero negro supermasivo en su disco de acreción, arrojando un chorro de partículas.

Los agujeros negros, que son los objetos más densos conocidos en el universo y se forman cuando las grandes estrellas colapsan sobre sí mismas, pueden unirse en fusiones que tienen lugar durante escalas de tiempo muy largas, a veces miles de millones de años. Debido a la duración de estas fusiones, significa que el tamaño del universo cuando se formaron los agujeros negros era mucho más pequeño que la versión que existe cuando los agujeros realmente chocan. Según Michael Zevin, astrofísico de la Universidad de Chicago, becario del Hubble de la NASA y coautor del artículo, las masas involucradas en cualquier fusión dependerían de sus tamaños originales en la formación, la forma y el tamaño de sus órbitas y, por supuesto, su edad.

Esto sigue siendo en gran medida una hipótesis, pero el acoplamiento cosmológico, es decir, las propiedades de una partícula u objeto vinculadas a las propiedades del cosmos, existe en otros lugares. Los fotones, o partículas de luz, están cosmológicamente acoplados, pero a la inversa: mientras que los agujeros negros ganan energía a medida que crecen, los fotones pierden energía a medida que el universo se expande, porque sus longitudes de onda se alargan con el tiempo.

Lo que hace que esto sea aún más impactante es que el rasgo de acoplamiento no sería exclusivo de los agujeros negros y los fotones. Gregory Tarlé, astrofísico de la Universidad de Michigan y coautor del artículo, dijo en un correo electrónico que la materia de las masas más comunes, como tu propio cuerpo o el núcleo del Sol, se acoplaría muy, muy débilmente con la tasa de expansión del universo. “Parecería que el efecto solo se vuelve observable en los entornos más extremos de nuestro universo: agujeros negros y, posiblemente, estrellas de neutrones”, dijo Tarlé.

Por ahora, esto es solo una idea, pero una vez que se construya un nuevo detector de ondas gravitacionales, las personas que estudien estas ondas podrán localizar sus orígenes con mucha mayor especificidad y comprender mejor cómo se produjeron las colisiones. Los nuevos telescopios que se lanzarán en breve podrán captar imágenes de casi cualquier evento dentro del universo observable, lo que permitirá a los astrónomos observar mejor estos fenómenos y sus efectos. Quizás estemos al borde de un descubrimiento.



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