Els forats negres giren de formes estranyes
Científics dels observatoris d’ones gravitacionals detecten forats negres rotant a enormes velocitats
GinebraGràcies als senyals provinents de la unió de dos parells de forats negres, científics dels diferents detectors d’ones gravitacionals han determinat que aquests astres, dels quals ni la llum pot escapar, poden girar sobre si mateixos de formes mai vistes. La col·laboració formada pels observatoris LIGO, Virgo i KAGRA ha presentat recentment els nous resultats a la revista The Astrophysical Journal Letters. "Aquests resultats demostren les extraordinàries capacitats que tenen els observatoris d’ones gravitacionals", explica Gianluca Gemme, portaveu de la col·laboració Virgo.
El primer dels esdeveniments es va detectar l’11 d’octubre de l’any passat com a resultat de la fusió de dos forats negres amb masses de 17 i 7 vegades la massa del Sol situats a una distància d’uns 700 milions d’anys llum. Els científics van determinar que el més gran d’aquests forats negres girava a una velocitat mai observada. El 10 de novembre es va detectar un segon esdeveniment, aquesta vegada localitzat a una distància de més de dos mil milions d’anys llum, que va involucrar la fusió de dos forats negres de 16 i 8 vegades la massa de la nostra estrella. L’excepcionalitat d’aquest segon senyal recau en el fet que, per primera vegada, s’ha observat un forat negre girant a gran velocitat en sentit contrari al del gir de la seva òrbita.
Tots dos esdeveniments tenen en comú que un dels forats negres dels respectius sistemes binaris és molt més massiu que l’altre i gira a gran velocitat. Tot plegat fa pensar als astrofísics que els forats negres més grans no es van crear pel col·lapse d’una estrella. "Aquests resultats són la prova que aquests forats negres van aparèixer per la unió anterior d’altres dos forats negres", comenta Stephen Fairhurst, professor de la Universitat de Cardiff i portaveu de la col·laboració LIGO. D’aquesta manera, els científics consideren que grans quantitats de forats negres podrien omplir extenses regions de l’univers. "Els forats negres no només existeixen de forma aïllada, sinó que també poden formar grans cúmuls que evolucionen", assegura Gemme.
La música dels forats negres
Esdeveniments com la unió de dos forats negres alliberen una gran energia que genera ondulacions en el teixit de l’espai-temps en forma d’ones gravitacionals que viatgen a la velocitat de la llum. Aquestes ones van ser predites per les equacions de la relativitat general d’Einstein fa un segle, tot i que les primeres es van detectar experimentalment fa només una dècada. Fins a la data s’han identificat més de 300 esdeveniments provinents de la fusió de dos forats negres o de la fusió d’un forat negre i una estrella de neutrons. Les característiques d’aquestes ondulacions permeten als científics extreure informació detallada sobre les propietats d'aquests astres, com la seva massa, la seva velocitat i direcció de rotació o la distància a la qual es troben.
Si bé els forats negres que roten a velocitats baixes són aproximadament esfèrics, la seva forma canvia quan giren a velocitats que poden arribar a ser pròximes a la de la llum. Aquesta deformació genera un senyal distintiu en les ones gravitacionals emeses quan es fusiona amb un altre forat negre. D’altra banda, la gran diferència de massa entre els forats negres observats genera al seu torn una mena de patró acústic característic en forma d’harmònic superior, observat només un parell de cops abans. Aquestes dues observacions han permès contrastar les prediccions de la teoria de la relativitat general d’Einstein amb un alt grau de precisió.
Descobrir nous tipus de partícules
Més enllà d’aprofundir en la comprensió d’aquests objectes a la vegada fascinants i misteriosos, els forats negres faciliten la tasca dels científics de detectar nous tipus de partícules fonamentals. Aquestes partícules complementarien el mapa del món subatòmic de què disposem avui. Segons algunes hipòtesis, un tipus de partícula molt lleugera de la família dels bosons, als quals pertanyen els fotons, les partícules de llum, podrien "robar" energia de la rotació dels forats negres. Aquest fenomen provocaria que els forats negres perdessin velocitat de gir a un ritme que dependria de la massa d’aquestes partícules, la qual avui dia és desconeguda. El fet que els forats negres observats continuïn girant a velocitats tan elevades després de milers de milions d’anys restringeix notablement la massa que podrien tenir aquestes hipotètiques partícules.
Llançar llum als forats negres
Deu anys després de la primera descoberta, els detectors d’ones gravitacionals continuen mostrant-nos més detalls sobre la formació i evolució dels forats negres al nostre univers. "Gràcies a la millora dels instruments de què disposem, podrem incrementar la precisió de les nostres mesures i això ens permetrà conèixer en detall aquests i altres aspectes sobre els forats negres", diu Francesco Pannarale, professor de la Universitat La Sapienza a Roma i copresident de la divisió de ciència observacional de la col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA. Les futures millores que experimentaran aquests detectors així com el futur telescopi d’ones gravitacionals Einstein incrementaran el nombre de fenòmens d’aquesta mena observats de forma significativa i permetran extreure informació essencial per comprendre el funcionament del cosmos.