Algunos agujeros negros emiten chirridos universales

Algunos agujeros negros emiten ondas gravitacionales de frecuencia creciente, llamadas chirridos, que se pueden "escuchar" en la Tierra. Forman un "océano de voces" que se registran preferentemente en dos rangos de frecuencia universales.

Los agujeros negros son objetos fascinantes que desafían las leyes de la física y el sentido común. Su gravedad es tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar de ellos, por lo que son invisibles para nuestros ojos. Sin embargo, eso no significa que sean completamente silenciosos. De hecho, algunos agujeros negros emiten un sonido tan grave que es imposible de escuchar para el oído humano.

Un ejemplo de esto es el agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro del cúmulo de galaxias de Perseo, a 250 millones de años luz de distancia de la Tierra. Este agujero negro tiene una masa de unos 3.000 millones de soles y está rodeado de un gas muy caliente que alcanza los 50 millones de grados Celsius. El gas emite rayos X que pueden ser detectados por el observatorio espacial Chandra de la NASA.

Sonificación

En el año 2003, los astrofísicos que trabajaban con Chandra descubrieron que el gas vibraba con un patrón regular, como si fuera una cuerda de guitarra gigante, informó entonces la NASA. Estas vibraciones eran causadas por las explosiones periódicas del agujero negro, que lanzaba chorros de materia y energía al espacio. Los científicos calcularon que el tono del sonido generado por el agujero negro era un Si Bemol, pero 57 octavas más bajo que el Do central de un piano. Para hacernos una idea, un piano normal tiene alrededor de siete octavas.

Para poder hacer el sonido audible para los seres humanos, los investigadores tuvieron que aumentar su frecuencia cuatrillones de veces, usando una técnica llamada sonificación, que consiste en convertir datos en sonidos. El resultado es un sonido espeluznante y misterioso, que nos da una idea de cómo suena un agujero negro supermasivo.

Dos frecuencias universales

Pero este sonido no es el único conocido. Según un nuevo estudio del Instituto Heidelberg para Estudios Teóricos (HITS), en Alemania, con los detectores de ondas gravitacionales, es posible detectar una especie de chirrido cósmico que producen dos agujeros negros cuando se fusionan, según se informa en un comunicado.

Hasta el momento se han encontrado aproximadamente 70 chirridos de este tipo: forman un "océano de voces" que se escuchan preferentemente en dos rangos de frecuencia universales. Estas frecuencias dependen de las masas universales de los agujeros negros, que son aproximadamente 9 y 16 veces la masa del Sol. Los resultados de este estudio se han publicado en The Astrophysical Journal Letters.

Chirridos universales

Hasta ahora se ha asumido que los agujeros negros que se fusionan pueden tener cualquier masa. Los modelos desarrollados en esta investigación, sin embargo, sugieren que algunos agujeros negros vienen en masas estándar que luego dan como resultado chirridos universales.

Este proceso se desencadena cuando dos agujeros negros de masa estelar se fusionan: entonces emiten ondas gravitacionales de frecuencia creciente, la llamada señal de chirrido, que se puede "escuchar" en la Tierra.

Al observar esta evolución de frecuencia (el chirrido), los científicos pueden inferir la llamada "masa de chirrido", una combinación matemática de las dos masas individuales de agujeros negros.

Masas universales

Estas masas universales se deben a la forma en que se forman los agujeros negros a partir de estrellas masivas que colapsan sin explotar en supernovas, explican los investigadores.

Estas estrellas nacen en sistemas binarios y experimentan varios episodios de transferencia de masa entre sus componentes, lo que hace que pierdan sus envolturas exteriores antes de convertirse en agujeros negros.

El despojo de la envoltura tiene graves consecuencias para el destino final de las estrellas. Por ejemplo, facilita que las estrellas exploten en una supernova y también conduce a las masas universales de agujeros negros, destacan los investigadores.

Cementerio estelar

Además, esas masas universales de estrellas de neutrones y restos de agujeros negros de estrellas masivas forman una especie de “cementerio estelar” que está creciendo rápidamente para la ciencia, gracias a la sensibilidad cada vez mayor de los detectores de ondas gravitacionales y las búsquedas continuas de tales objetos.

El estudio de las masas y frecuencias universales de los agujeros negros tiene implicaciones científicas importantes. Por un lado, nos permite saber qué estrellas explotan en supernovas y cuáles no. Por otro lado, nos ayuda a entender mejor la naturaleza y el comportamiento de los agujeros negros, que siguen siendo uno de los mayores enigmas del universo. Además, nos ofrece una nueva forma de medir la expansión acelerada del universo usando las ondas gravitacionales como una regla cósmica.

Referencia

Bimodal Black Hole Mass Distribution and Chirp Masses of Binary Black Hole Mergers. Fabian R. N. Schneider et al. The Astrophysical Journal Letters, Volume 950, Number 2 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/acd77a