Tras la pista de agujeros negros masivos        

Por: Universidad de Zúrich.

05 de agosto de 2024

Esquema del método propuesto, la presencia de un SMBHB que emite ondas gravitacionales provoca modulaciones de frecuencia en la emisión de ondas gravitacionales de una fuente binaria compacta a una distancia d. Crédito de la imagen: Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02338-0.

Un equipo internacional de astrofísicos, en el que participa la Universidad de Zúrich, propone un nuevo método para detectar pares de los mayores agujeros negros que se encuentran en los centros de las galaxias mediante el análisis de las ondas gravitacionales generadas por sistemas binarios de pequeños agujeros negros estelares cercanos. La investigación se publica en la prestigiosa revista Nature Astronomy.

El origen de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de las galaxias sigue siendo uno de los mayores misterios de la astronomía, es posible que siempre hayan sido masivos y se hayan formado cuando el Universo era aún muy joven. Otra posibilidad es que hayan crecido con el tiempo mediante la acreción de materia y la fusión con otros agujeros negros. Cuando un agujero negro supermasivo está a punto de devorar a otro agujero negro masivo, este emitirá ondas gravitacionales, que son ondulaciones en el espacio-tiempo que se propagan a través del Universo.

Recientemente se han detectado ondas gravitacionales, pero sólo en agujeros negros pequeños, que son restos de estrellas. La detección de las señales de pares individuales de agujeros negros grandes sigue siendo imposible, porque los detectores actuales no son sensibles a las frecuencias de ondas gravitacionales muy bajas que emiten. Los detectores futuros planificados, como la misión espacial LISA dirigida por la Agencia Espacial Europea, solucionarán parcialmente este problema, pero la detección de los pares de agujeros negros más masivos seguirá estando fuera de cuestión.

En el estudio liderado por expertos de la Universidad de Zúrich, propone una nueva idea y un método novedoso para detectar pares de los mayores agujeros negros que se encuentran en los centros de las galaxias mediante el análisis de las ondas gravitacionales generadas por sistemas binarios de pequeños agujeros negros estelares cercanos. Este enfoque, que requerirá un detector de ondas gravitacionales de deci-Hz, permitiría descubrir los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos más grandes, que de otro modo podrían permanecer inaccesibles.

El método propuesto para detectar sistemas binarios de agujeros negros supermasivos individuales aprovecha los cambios sutiles que estos provocan en las ondas gravitacionales emitidas por un par de agujeros negros de masa estelar pequeños cercanos. El sistema binario de agujeros negros pequeños funciona así como un faro que revela la existencia de los agujeros negros más grandes.

“Nuestra idea funciona básicamente como escuchar una emisora ​​de radio. Proponemos utilizar la señal de pares de pequeños agujeros negros de forma similar a como las ondas de radio transmiten la señal. Los agujeros negros supermasivos son la música que está codificada en la modulación de frecuencia (FM) de la señal detectada”, dijo Jakob Stegmann, autor principal del estudio, que comenzó este trabajo en la Universidad de Zúrich como estudiante visitante y luego se trasladó al Instituto Max Planck de Astrofísica como investigador postdoctoral.

Resultados recientes de los conjuntos de cronometraje de púlsares ya respaldan la existencia de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos en fusión, sin embargo, esta evidencia es indirecta y proviene de la señal colectiva de muchos sistemas binarios distantes que, en efecto, crean ruido de fondo. Al detectar pequeñas modulaciones en las señales de pequeños sistemas binarios de agujeros negros, los científicos podrían identificar sistemas binarios de agujeros negros supermasivos previamente ocultos con masas que van desde 10 millones a 100 millones de veces la de nuestro Sol, incluso a grandes distancias.

Lucio Mayer, coautor del estudio y teórico de agujeros negros en la Universidad de Zúrich, añadió: “Como el camino para la Antena Espacial de Interferometría Láser (LISA) ya está definido, tras su adopción por la ESA en enero pasado, la comunidad necesita evaluar la mejor estrategia para la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales, en particular a qué rango de frecuencia deberían apuntar; estudios como este aportan una fuerte motivación para priorizar un diseño de detector de deci-Hz”.

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