Ilustración de un agujero negro supermasivo. Crédito: NASA/JPL
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Ilustración de un agujero negro supermasivo. Crédito: NASA/JPL
Los físicos consideran que los agujeros negros son una de las cosas más misteriosas que existen. Irónicamente, también se considera uno de los más sencillos. Durante años, Físicos como yo Buscaban demostrar que los agujeros negros son más complejos de lo que parecen. Fue aprobado recientemente Una misión espacial europea llamada LISA Nos ayudará en esta investigación.
Investigación de la década de 1970 Sugiere que es posible describir exhaustivamente un agujero negro utilizando sólo tres atributos físicos: su masa, carga y giro. Todas las demás propiedades de estas estrellas masivas y moribundas, como su composición detallada, densidad y temperatura, desaparecen cuando se convierten en un agujero negro. Así de simples son.
La idea de que los agujeros negros sólo tienen tres características se llama teoría «sin pelo», lo que significa que no tienen ningún detalle «peludo» que los haga complejos.
¿Agujeros negros peludos?
Durante décadas, los investigadores de la comunidad astrofísica han explotado lagunas o soluciones alternativas dentro de los supuestos de la teoría sin pelo para idear posibles escenarios de agujeros negros peludos. Un agujero negro peludo tiene una propiedad física que los científicos pueden medir – en principio – más allá de su masa, carga o giro. Esta propiedad debe ser parte permanente de su estructura.
Hace aproximadamente una década, Stefanos Aretakis, físico actualmente en la Universidad de Toronto, ha demostrado matemáticamente que a un agujero negro con la carga máxima que puede transportar (llamado agujero negro con carga extrema) le crecerá «pelo» en su horizonte. a Horizonte de agujero negro Es la frontera que nada traspasa, ni siquiera la luz, puede escapar.
El análisis de Aretakis fue más bien un experimento mental utilizando un escenario de física muy simplificado, por lo que no es algo que los científicos esperarían observar en términos astrofísicos. Pero los agujeros negros sobrealimentados pueden no ser los únicos que pueden tener pelo.
Dado que se sabe que los objetos astrofísicos como las estrellas y los planetas giran, los científicos esperarían que así fuera Los agujeros negros también rotarándependiendo de cómo se forme. evidencia astrologica Demostró que los agujeros negros tienen espín, aunque los investigadores no saben cuál es el valor típico del espín de un agujero negro astrofísico.
Usando simulaciones por computadora, mi equipo recientemente Descubre tipos de cabello similares En agujeros negros que giran al máximo ritmo. Esta poesía trata sobre la tasa de cambio, o gradiente, en la curvatura del espacio-tiempo en el horizonte. También descubrimos que un agujero negro no tiene que girar al máximo para tener pelo, lo cual es importante porque esto… Los agujeros negros con giro máximo probablemente nunca se formen en naturaleza.
Detectar y medir el cabello
Mi equipo quería desarrollar una forma de medir este cabello, una nueva propiedad constante que podría caracterizar un agujero negro más allá de su masa, giro y carga. Comenzamos a analizar cómo una característica tan nueva podría tener un impacto. Firma de una onda gravitacional. Emitido por un agujero negro que gira rápidamente.
a onda gravitacional Es una pequeña perturbación en el espacio-tiempo que suele ocurrir como resultado de eventos astrofísicos violentos en el universo. Las colisiones de objetos astrofísicos compactos, como agujeros negros y estrellas de neutrones, emiten poderosas ondas gravitacionales. Una red internacional de observatorios gravitacionales, incl. Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser En Estados Unidos, estas ondas se detectan de forma rutinaria.
La nave espacial LISA monitorea ondas gravitacionales desde una fuente distante mientras orbita alrededor del Sol. Crédito: Simon Park/Universidad. Florida, CC POR
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La nave espacial LISA monitorea ondas gravitacionales desde una fuente distante mientras orbita alrededor del Sol. Crédito: Simon Park/Universidad. Florida, CC POR
Nuestros estudios recientes sugieren que estas características peludas se pueden medir a partir de datos de ondas gravitacionales. Para agujeros negros que giran rápidamente. Observar los datos de ondas gravitacionales brinda la oportunidad de obtener algún tipo de firma que podría indicar si un agujero negro tiene este tipo de cabello.
Nuestros estudios en curso El último progreso de Som Bishoy, un estudiante del equipo, se basa en una combinación de modelos teóricos y computacionales de agujeros negros que giran rápidamente. Nuestros hallazgos aún no han sido probados en el campo ni observados en agujeros negros reales en el espacio. Pero esperamos que eso cambie pronto.
Lisa obtuvo luz verde
En enero de 2024, la Agencia Espacial Europea certificó oficialmente el sistema espacial. Interferómetro láser de antena espacial, o Lisa, la misión. LISA buscará ondas gravitacionales y los datos de la misión podrían ayudar a mi equipo a responder nuestras preguntas sobre los agujeros negros.
La adopción formal significa que el proyecto Tiene luz verde Pasar a la fase de construcción, con lanzamiento previsto para 2035. Lisa está formada por Tres naves espaciales Está configurado en un triángulo equilátero perfecto que seguirá detrás de la Tierra alrededor del Sol. Serán todas las naves espaciales. Están separados por 1,6 millones de millas (2,5 millones de kilómetros).Intercambiarán rayos láser para medir la distancia entre ellos hasta aproximadamente una milmillonésima de pulgada.
LISA detectará ondas gravitacionales de agujeros negros supermasivos millones o incluso miles de millones de veces más masivos que nuestro Sol. Construirá un mapa del espacio-tiempo alrededor de los agujeros negros en rotación, lo que ayudará a los físicos a comprender cómo funciona la gravedad en las proximidades de los agujeros negros con un nivel de precisión sin precedentes. Los físicos esperan que LISA también pueda medir cualquier característica reticular que puedan tener los agujeros negros.
con LIGO hace nuevas observaciones Cada día, LISA ofrece una visión del espacio-tiempo alrededor de los agujeros negros. Ahora es uno de los momentos más emocionantes para ser físico de agujeros negros.
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