¿Y si los agujeros negros tuvieran algún pelo oculto que permitiese deducir su origen? Una de las particularidades más frustrantes de estos objetos es que obedecen el teorema de no pelo. Lo que quiere decir es, en esencia, que un agujero negro tiene tan pocas propiedades que es imposible determinar qué objeto lo originó…
¿Y si hubiera agujeros negros con pelo oculto?
Cuando dos agujeros negros chocan y se fusionan, el agujero negro resultante emite ondas gravitacionales con frecuencias específicas que se van debilitando con el paso del tiempo. A este patrón de ondas se le denomina ringdown y podría proporcionar pistas sobre lo que se oculta alrededor de estos objetos tan masivos. Según la relatividad de Einstein, para el tipo más sencillo de agujero negro, las ondas del ringdown dependen únicamente de dos factores: la masa del agujero negro y la velocidad a la que gira. Pero ¿y si hay materia oculta alrededor de los agujeros negros?
En ese caso, esa materia también afectaría a las características de las ondas del ringdown. Como consecuencia, podrían contener información sobre la materia a su alrededor. En física teórica, esa estructura adicional podría considerarse el «pelo» de los agujeros negros. Ahora, un grupo de investigadores plantea que ha encontrado una forma de buscarlo, utilizando los cambios en las ondas del ringdown. Así, descubrieron que la materia oculta no afecta a esas ondas de manera uniforme: la frecuencia y la velocidad con la que se desvanecen responden de manera diferente.
Esa diferencia podría desvelar si hay materia oculta y cómo está distribuida alrededor de un agujero negro. En el caso de agujeros negros en rotación, la materia oculta afecta al ringdown de manera diferente dependiendo de si las ondas se desplazan en el mismo sentido que el giro del agujero negro o en sentido contrario. El estudio explica que podría haber un patrón en la señal de las ondas gravitacionales que sería una pista de la presencia de ese pelo. Algo que podría ayudar, en futuras observaciones, a distinguir un agujero negro con pelo de uno normal.
Las implicaciones de un descubrimiento así
La astronomía sigue poniendo a prueba si la teoría de la relatividad general de Einstein describe los agujeros negros y qué posibles desviaciones podrían darse. Encontrar señales de pelo en los agujeros negros es muy difícil porque diferentes tipos de materia adicional, o la existencia de física desconocida, pueden modificar el ringdown. El estudio proporciona a los investigadores una idea más clara de qué patrones deberían buscar en los datos. El pelo de los agujeros negros podría indicar la presencia de materia cerca del agujero negro.
O, simplemente, una desviación respecto al tipo más sencillo de agujero negro según se espera por la relatividad general. Como ambos factores podrían modificar la señal del ringdown, detectar o descartar esos cambios permitiría poner a prueba cómo se comporta la gravedad en un entorno tan extremo. Ya sabemos que los agujeros negros distorsionan el espacio-tiempo hasta el punto de curvar las trayectorias que siguen la luz y las ondas gravitacionales. Si la materia oculta, o algún tipo de nueva física, afecta a la gravedad, allá donde es más intensa se deberían ver efectos más pronunciados.
Esto hace que los agujeros negros sean el mejor lugar para investigar la presencia de ambas cosas. Para buscar ese pelo, el equipo recurrió a una relación conocida. La forma en que la luz se mueve cerca de un agujero negro se corresponde con el comportamiento de sus ondas de ringdown. Así que es posible calcular una cosa a partir de la otra. Por ello, incorporaron una pequeña cantidad de materia oculta en modelos estándar de agujeros negros y utilizaron las ecuaciones de campo de Einstein para calcular el impacto que tendría en la frecuencia del ringdown y la velocidad con la que desaparece.
El pelo oculto en los agujeros negros es todavía una incógnita
Los investigadores pusieron a prueba este método con tres modelos teóricos de agujeros negros. Además, lo ampliaron a agujeros negros en rotación y estudiaron tanto la luz que orbita en el mismo sentido de la rotación como en el contrario. Uno de los hallazgos más importantes es que la frecuencia y la velocidad de desvanecimiento de las ondas del ringdown no cambian de la misma manera. La diferencia entre ambas depende de cuánta materia oculta exista y de cómo esté distribuida alrededor del agujero negro.
Esas ondas, por tanto, podrían indicar mucho más que si hay algo afectando al agujero negro. La forma en la que cambia la señal podría aportar pistas sobre cómo es esa materia oculta. Los investigadores incluyeron en su análisis agujeros negros en rotación (es decir, los agujeros negros tal y como existen en el mundo real). La rotación hace que los cálculos sean más complejos, porque la luz que circula en la misma dirección que el giro del agujero negro se comporta de manera diferente a la que lo hace al revés. También afecta a las propiedades del ringdown.
Así que, en lugar de estudiar desde cero cada posible tipo de pelo de los agujeros negros, este método ofrece una forma común de predecir cómo la materia adicional o una nueva física podrían modificar el ringdown de un agujero negro. Eso sí, los resultados son solo estimaciones. Pero, en el futuro, este enfoque podría permitir utilizar esas ondas para obtener información sobre el tamaño y la rotación de un agujero negro y, quizá, la presencia de algún tipo de materia exótica o de algún fenómeno que no se esperase en la física tradicional…
Estudio
El estudio es A. Ylla, K. Makino, A. Tanaka et al.; «Ringdown waves from hairy black holes». Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Phys
