Los agujeros negros siguen siendo los objetos más misteriosos de nuestro universo. Ahora, los investigadores han identificado incluso el sonido de dos agujeros negros que se fusionan. Y hay algo notable en ello: según los astrónomos, el sonido en este “océano de voces” surge preferentemente en dos frecuencias universales. De ahí que hablen de un sonido universal.
Todo comienza con el descubrimiento de las ondas gravitacionales en 2015. Se trata de fluctuaciones en la curvatura del espaciotiempo, una teoría ideada por Einstein hace cien años. Le valió un premio Nobel, así como el inicio de la astronomía de ondas gravitacionales.
Cuando dos agujeros negros compuestos de masa estelar se juntan, emiten ondas gravitacionales de frecuencia creciente. Este es el sonido que podemos “oír” en la Tierra. Al observar la frecuencia creciente del sonido, los científicos pueden deducir la llamada “masa sonora”, una combinación matemática de las dos masas separadas de los agujeros negros.
Masa universal
Hasta ahora se suponía que los agujeros negros que se fusionaban podían tener todo tipo de masas diferentes. Pero los nuevos modelos demuestran que algunos agujeros negros tienen una masa estándar, lo que produce un sonido universal. “La existencia de masas de ruido universales no solo aclara cómo se forman los agujeros negros”, afirma el investigador principal, Fabian Schneider, del Instituto de Estudios Teóricos de Heidelberg (HITS). “Si no que también puede utilizarse para inferir qué estrellas explotarán en supernovas”. También permite comprender el mecanismo que subyace a las supernovas y la física nuclear y estelar, y proporciona una nueva forma de medir la expansión acelerada del universo. Hasta ahora se han encontrado unos 70 sonidos de este tipo.
No es una supernova, sino un agujero negro
Pero, ¿qué son los agujeros negros de masa estelar? Se forman cuando estrellas pesadas (con una masa entre tres y cien veces superior a la de nuestro Sol) colapsan bajo su propia gravedad. Al hacerlo, son el punto final de estas megaestrellas, que no explotan en supernovas, sino que colapsan en agujeros negros.
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| Ondulaciones en el espaciotiempo alrededor de un sistema binario de agujeros negros en fusión. Imagen: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA Collaboration |
Los predecesores de los agujeros negros que dan lugar a las fusiones nacieron originalmente en galaxias binarias, en las que dos estrellas orbitan alrededor de un centro de gravedad común, y pasan por varios episodios en los que se intercambia masa. Más concretamente, ambos agujeros negros proceden de estrellas cuya envoltura de gas ha desaparecido.
“La desaparición de la envoltura tiene importantes implicaciones para el destino final de las estrellas. Por ejemplo, facilita que las estrellas exploten en una supernova y también conduce a masas universales de agujeros negros, como ahora predicen nuestras simulaciones”, afirma el investigador Philipp Podsiadlowski, de la Universidad de Oxford.
Nada en medio
Sin embargo, parece haber un desfase entre la distribución de las masas sonoras de los agujeros negros binarios en fusión y las pruebas aportadas sobre la existencia de picos entre ocho y catorce veces la masa del Sol. Estas características corresponden a los ruidos universales predichos por los investigadores. “Cada rasgo de la distribución de agujeros negros y masas sonoras puede decirnos mucho sobre cómo se formaron estos objetos”, afirma la investigadora Eva Laplace.
Desde el primer descubrimiento de agujeros negros en fusión, quedó claro que existen agujeros negros con masas mucho mayores que las de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Esto se debe a que estos agujeros negros proceden de estrellas con una composición química diferente a las de nuestra Vía Láctea.
Ahora, los investigadores han conseguido demostrar que, independientemente de esa composición, las estrellas que pierden su envoltura en un sistema binario forman agujeros negros con una masa inferior a nueve veces o superior a 16 veces la del Sol, pero que no hay casi nada intermedio.
Frecuencia universal
En la fusión de agujeros negros, la masa universal de nueve y 16 veces la masa del sol implica lógicamente un ruido universal, según los investigadores. “Cuando actualicé mi conferencia sobre las ondas gravitacionales, me di cuenta de que por primera vez se han encontrado indicios de la ausencia de sonidos universales, así como de su abundancia en las masas universales predichas por nuestros modelos”, declaró Schneider.
“Dado que aún se han observado pocas fusiones de agujeros negros, no está claro si esta señal en los datos es solo una casualidad estadística o no”.
Futuras observaciones de ondas gravitacionales tendrán que demostrarlo, pero en cualquier caso, los resultados son extraordinarios y ayudan a los científicos a determinar de dónde proceden estos sonidos de los agujeros negros.
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