Durante los últimos 6 años, los observatorios de ondas gravitacionales han estado detectando fusiones de agujeros negros, verificando una predicción importante de la teoría de la gravedad de Albert Einstein. Pero hay un problema: muchos de estos agujeros negros son inesperadamente grandes. Ahora, un equipo deInvestigadores de la Universidad de Hawai? i en M? noa, la Universidad de Chicago y la Universidad de Michigan en Ann Arbor, han propuesto una solución novedosa a este problema: los agujeros negros crecen junto con la expansión del universo.
Desde la primera observación de la fusión de agujeros negros por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser LIGO en 2015, los astrónomos se han sorprendido repetidamente por sus grandes masas. Aunque no emiten luz, las fusiones de agujeros negros se observan a través de su emisión de gravitacionalesondas: ondas en el tejido del espacio-tiempo que fueron predichas por la teoría de la relatividad general de Einstein. Los físicos originalmente esperaban que los agujeros negros tuvieran masas menos de aproximadamente 40 veces la del Sol, porque los agujeros negros fusionados surgen de estrellas masivas, que pueden 'no se mantengan unidos si crecen demasiado.
Los observatorios LIGO y Virgo, sin embargo, han encontrado muchos agujeros negros con masas superiores a la de 50 soles, algunos tan masivos como 100 soles. Se han propuesto numerosos escenarios de formación para producir agujeros negros tan grandes, pero ningún escenario único ha sido propuesto.ha podido explicar la diversidad de fusiones de agujeros negros observadas hasta ahora, y no hay acuerdo sobre qué combinación de escenarios de formación es físicamente viable. Este nuevo estudio, publicado en Cartas de revistas astrofísicas , es el primero en mostrar que las masas de agujeros negros grandes y pequeños pueden resultar de una sola vía, en la que los agujeros negros ganan masa a partir de la expansión del propio universo.
Los astrónomos suelen modelar los agujeros negros dentro de un universo que no se puede expandir. "Es una suposición que simplifica las ecuaciones de Einstein porque un universo que no crece tiene mucho menos que seguir", dijo Kevin Croker, profesor de la UH M? noa Departamento de Física y Astronomía. "Sin embargo, hay una compensación: las predicciones solo pueden ser razonables durante un período de tiempo limitado".
Debido a que los eventos individuales detectables por LIGO - Virgo solo duran unos segundos, cuando se analiza un evento individual, esta simplificación es sensata. Pero estas mismas fusiones tienen potencialmente miles de millones de años en proceso. Durante el tiempo entre la formación de unpar de agujeros negros y su eventual fusión, el universo crece profundamente. Si se consideran cuidadosamente los aspectos más sutiles de la teoría de Einstein, entonces surge una posibilidad sorprendente: las masas de agujeros negros podrían crecer al unísono con el universo, un fenómeno que Croker ysu equipo llama acoplamiento cosmológico.
El ejemplo más conocido de material acoplado cosmológicamente es la luz misma, que pierde energía a medida que el universo crece. "Pensamos considerar el efecto opuesto", dijo el coautor de la investigación y profesor de Física y Astronomía de UH M? Noa.Duncan Farrah. "¿Qué observaría LIGO - Virgo si los agujeros negros estuvieran acoplados cosmológicamente y ganaran energía sin necesidad de consumir otras estrellas o gas?"
Para investigar esta hipótesis, los investigadores simularon el nacimiento, la vida y la muerte de millones de pares de estrellas grandes. Cualquier par en el que ambas estrellas murieran para formar agujeros negros se relacionó con el tamaño del universo, comenzando en el momento deSu muerte. A medida que el universo continuó creciendo, las masas de estos agujeros negros crecieron mientras giraban en espiral entre sí. El resultado no solo fue más agujeros negros masivos cuando se fusionaron, sino también muchas más fusiones. Cuando los investigadores compararon el LIGO -- Los datos de Virgo con sus predicciones, coincidieron razonablemente bien. "Tengo que decir que no sabía qué pensar al principio", dijo el coautor de la investigación y profesor de la Universidad de Michigan, Gregory Tarlé. "Fue tan simpleidea, me sorprendió que funcionara tan bien ''.
Según los investigadores, este nuevo modelo es importante porque no requiere ningún cambio en nuestra comprensión actual de la formación, evolución o muerte estelar. El acuerdo entre el nuevo modelo y nuestros datos actuales proviene simplemente de reconocer que el negro realistaLos agujeros no existen en un universo estático. Sin embargo, los investigadores tuvieron cuidado de enfatizar que el misterio de LIGO, los enormes agujeros negros de Virgo, está lejos de estar resuelto.
"Muchos aspectos de la fusión de los agujeros negros no se conocen en detalle, como los entornos de formación dominantes y los intrincados procesos físicos que persisten a lo largo de sus vidas", dijo el coautor de la investigación y miembro del Hubble de la NASA, el Dr. Michael Zevin.utilizamos una población estelar simulada que refleja los datos que tenemos actualmente, hay mucho margen de maniobra. Podemos ver que el acoplamiento cosmológico es una idea útil, pero aún no podemos medir la fuerza de este acoplamiento ''.
El coautor de la investigación y profesor de Física y Astronomía de UH M? Noa, Kurtis Nishimura, expresó su optimismo para las pruebas futuras de esta nueva idea: "A medida que los observatorios de ondas gravitacionales continúan mejorando las sensibilidades durante la próxima década, la mayor cantidad y calidad de los datospermitirá nuevas técnicas de análisis. Esto se medirá lo suficientemente pronto. ''
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Hawái en Manoa . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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