Investigadores de la USC lideran la primera medición completa del retroceso de un agujero negro

La revista Nature Astronomy publica un artículo sobre una investigación liderada por el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), centro mixto de la USC y la Xunta de Galicia, sobre la primera medición completa del retroceso de un agujero negro, basada en la señal de ondas gravitacionales GW190412 registrada en 2019.

Hasta ahora, aunque ya se detectaron casi 300 ondas gravitacionales, no se había medido la velocidad ni la dirección del retroceso de las fusiones de agujeros negros, fenómenos que suelen generar estas ondas y formar un nuevo agujero negro de mayor tamaño.

"El aspecto de las ondas gravitacionales emitidas por el agujero negro final en diferentes direcciones es muy cambiante, lo que nos permite entender dónde estamos exactamente alrededor de él y, consecuentemente, saber dónde nos situamos respeto a su dirección de retroceso", han señalado desde el equipo investigador.

De ese modo, sabiendo la masa y el sentido de giro de los agujeros negros, la Relatividad General de Einstein ayuda a conocer exactamente la dirección en la que retrocederá. Así, al combinar ambos ingredientes, se puede saber hacia dónde se dirige el agujero negro y a qué velocidad.

El profesor Juan Calderón Bustillo, miembro del IGFAE y líder del estudio, ha explicado que el estudio con una analogía musical. "Pensemos en la fusión de agujeros negros como una orquesta que toca varios instrumentos, pero con una particularidad: dependiendo de dónde estamos alrededor de la orquesta, escuchamos distintas combinaciones de instrumentos. Si tenemos datos suficientes, somos capaces de saber exactamente dónde estamos alrededor de ella", ha señalado.

MEDICIONES
Los investigadores han concluido que el resultado de la fusión GW190412 salió disparado a más de 50 km/s, una velocidad suficiente para expulsarlo de cualquier cúmulo globular (agrupación de estrellas que gira alrededor del núcleo de una galaxia). También midieron los ángulos de su trayectoria respeto a la Tierra, al eje de su órbita y a la línea de separación de los agujeros justo antes de la fusión.

"La trayectoria forma unos 40 grados respeto a la Tierra, así que sabemos que no impactará con nosotros", ha matizado Calderón Bustillo, que ha explicado que este método se les ocurrió en 2018 y ahora ha demostrado que permitiría medir retrocesos usando los detectores actuales.

ONDAS GRAVITACIONALES
Koustav Chandra, investigador posdoctoral en Penn State y coautor del artículo, ha añadido que "éste es uno de los pocos fenómenos astrofísicos donde no solo se detecta algo, sino que se reconstruye todo el movimiento tridimensional de un objeto que está a miles de millones de años luz", usando "minúsculas perturbaciones en el espacio-tiempo". "Es una demostración increíble de lo que las ondas gravitacionales nos permiten hacer", ha sentenciado.

Los investigadores han destacado que medir la dirección de estos retrocesos abre la puerta a estudiar en detalle las fusiones de agujeros negros combinando ondas gravitacionales y electromagnéticas, tal y como ha señalado otro de los autores del artículo, Samson Leong, doctorando en la Chinese University of Hong Kong, que ha añadido que "estas combinaciones de señales ayudan a entender estos entornos con gran detalle e incluso a medir el ritmo de expansión del Universo".

El 14 de septiembre de 2015 (esta semana se cumplen 10 años de este hito), los detectores Advanced LIGO situados en los Estados Unidos --Hanford (California) y Livingston (Luisiana)-- captaron la señal GW150914, producida durante la fusión de dos agujeros negros de unos 30 soles de masa. Desde entonces se detectaron casi 300 señales más, lo que permitió comenzar a entender la población de agujeros negros del Universo y estudiar la gravedad en su régimen más extremo.