Astrofísica

Una sugerente danza cósmica funde en un abrazo a los agujeros negros

La fusión de sistemas binarios de agujeros negros es incentivada por la atracción gravitacional de un agujero negro supermasivo

Una sugerente danza cósmica funde en un abrazo a los agujeros negros

Epi_rc_es

3
Se lee en minutos
Pablo Javier Piacente

Las fusiones de agujeros negros detectadas mediante ondas gravitacionales muestran que los agujeros negros chocan entre sí con mucha más frecuencia de lo pensado anteriormente. Ahora, una nueva investigación sugiere que los agujeros negros más pequeños se fusionan rápidamente al quedar atrapados en el disco de gas y polvo que rodea a los agujeros negros supermasivos, bailando una extraña danza cósmica de acoplamiento.

Un nuevo estudio, publicado recientemente en The Astrophysical Journal, propone una vía novedosa para explicar la fusión de sistemas binarios de agujeros negros: según los científicos, los agujeros negros que conforman estos dúos modifican sus órbitas hasta lograr un máximo acercamiento y acoplarse, en gran parte debido a la atracción gravitacional de los agujeros negros supermasivos ubicados en el centro de las galaxias. 

Ondas gravitacionales y agujeros negros

Aunque la primera observación directa de ondas gravitacionales o gravitatorias se logró en 2015, este incipiente campo de estudio ya ha revolucionado muchas áreas del conocimiento astronómico. Vale recordar que una onda gravitacional es una perturbación del espacio-tiempo generada por un cuerpo masivo en su aceleración. Este tipo de onda se propaga a la velocidad de la luz, y fue predicha por Albert Einstein en el marco de su Teoría de la Relatividad General. 

Los observatorios de ondas gravitacionales están permitiendo descubrir características de los agujeros negros que antes no conocíamos. Según un artículo publicado en Space.com, los investigadores a cargo del nuevo estudio buscaron entender bajo una nueva concepción cómo se produce la fusión de los sistemas binarios de agujeros negros, aprovechando que precisamente los estudios de ondas gravitacionales están indicando que estas fusiones son más habituales de lo que pensábamos previamente. 

A pesar de esto, los astrónomos ya sabían que los agujeros negros binarios en órbita eventualmente tenían un destino común. Se trata de dos agujeros negros que, poco a poco y debido a la fuerza de la gravedad, se van acercando hasta quedar prácticamente unidos. Estos pares de agujeros negros pueden quedar ligados durante largos períodos de tiempo, girando uno alrededor del otro en una danza cósmica que pareciera interminable. Sin embargo, llega un momento en que las órbitas se unen demasiado y los agujeros negros, finalmente, colisionan y luego se fusionan. 

Atracción fatal

Ese mecanismo de “fusiones” se da en diferentes magnitudes: las galaxias de mayores dimensiones crecen a partir de la fusión colectiva de muchas galaxias más pequeñas. A su vez, casi todas las galaxias del Universo albergan un agujero negro supermasivo en su centro: si las galaxias se fusionan, también lo hacen sus agujeros negros supermasivos. Pero también existen diversos agujeros negros más diminutos en cada galaxia, muchos de los cuales también terminan integrándose, como describíamos previamente.

Al parecer, los dúos de agujeros negros más pequeños también necesitan de la intensa atracción gravitacional de los agujeros negros supermasivos para concretar su alianza definitiva, según explica el grupo de investigadores integrado por Hareesh Gautham Bhaskar, Gongjie Li y Douglas N. C. Lin. Esto permite entender por qué, según estiman los astrónomos, se concretan entre 15 y 38 fusiones de agujeros negros cada año solamente en una pequeña fracción del cosmos.

La “danza cósmica” que describen los sistemas binarios de agujeros negros, bailando en la oscuridad alrededor de un gigantesco agujero negro supermasivo con millones o decenas de miles de millones de masas solares, es tan atractiva como espeluznante. Atraídos por el poderoso campo gravitacional de un agujero negro supermasivo, los pares de agujeros negros más pequeños quedan atrapados en los discos de acreción de sus “primos” gigantes: son enormes estructuras giratorias de gas y polvo, producidas por el material que atrae el propio agujero negro supermasivo.

Noticias relacionadas

En ese escenario, la órbita de los agujeros negros más diminutos comienza a modificarse, hasta que finalmente chocan y se genera la fusión. Los científicos descubrieron que algunas condiciones son más propicias para que se concrete este fenómeno: si el sistema binario está inclinado con respecto a su órbita alrededor del agujero negro supermasivo, existen mayores posibilidades de que se produzca una fusión. 

Referencia

Black Hole Mergers through Evection Resonances. Hareesh Gautham Bhaskar, Gongjie Li and Douglas N. C. Lin. The Astrophysical Journal (2022). DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac7b26