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Investigadores de la Universidad de Leiden, Países Bajos y la Universidad de Oxford, Reino Unido han simulado como sería la brutal interacción de no dos, sino "tres" agujeros negros. Las simulaciones mostraron que los agujeros negros más ligeros tienden a lanzarse unos a otros al espacio, mientras que los más pesados tienden a fusionarse. La investigación se publicará en la prestigiosa revista Physical Review D.
Arend Moerman, estudiante de máster en astronomía de Leiden, dedicó un año a investigar las interacciones dinámicas y las colisiones entre tres agujeros negros imaginarios. Las interacciones entre tres cuerpos, como estrellas, planetas o agujeros negros, no pueden predecirse con una fórmula elegante. Por ello, Moerman utilizó un ordenador que calcula lo que ocurre durante un breve periodo de tiempo y luego utiliza el resultado para el siguiente periodo de tiempo.
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| Una simulación de las órbitas de tres agujeros negros que interactúan. La imagen de la izquierda muestra la vista general. La de la derecha muestra el zoom. Los agujeros negros azul y rojo se fusionan. Crédito: Boekholt et al. |
Ampliado con la teoría de la relatividad
El código informático es una versión ampliada del código utilizado por el primer autor Tjarda Boekholt (Universidad de Oxford, Reino Unido) y el coautor Simon Portegies Zwart (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden) en 2020 y 2018. El nuevo código ampliado tiene en cuenta la teoría de la relatividad de Einstein. Esto es importante porque la teoría de la relatividad desempeña un papel importante, especialmente en el caso de objetos pesados como los agujeros negros.
Los investigadores variaron las masas de los tres agujeros negros que interactúan. Empezaron con una masa solar y llegaron hasta mil millones de veces la masa del sol.
Punto de inflexión
Alrededor de diez millones de masas solares, parece haber un punto de inflexión. En las simulaciones, los agujeros negros más ligeros de unos diez millones de masas solares se expulsan unos a otros mediante una honda gravitatoria. Los agujeros negros de más de diez millones de masas solares empiezan a fusionarse. Primero se fusionan dos agujeros negros. El tercer agujero negro lo hará más tarde. Los agujeros negros se fusionan porque pierden energía cinética y eso se debe a que emiten ondas gravitacionales.
"El trabajo de Arend", dice Simon Portegies Zwart,
"ha llevado a una nueva comprensión de cómo los agujeros negros se convierten en supermasivos. En las simulaciones, vemos que los agujeros negros pesados ya no se mueven sin cesar unos alrededor de otros, sino que, si son lo suficientemente pesados, colisionan casi instantáneamente."
Moerman recibió la máxima nota posible por su tesis de máster. Mientras tanto, ha iniciado un segundo proyecto de investigación de graduación sobre DESHIMA, un espectroscopio holandés-japonés en chip.
Fuentes, créditos y referencias:
Tjarda C. N. Boekholt et al, Relativistic Pythagorean three-body problem, Physical Review D (2021). DOI: 10.1103/PhysRevD.104.083020
Imagen: Impresión artística de dos agujeros negros a punto de colisionar y fusionarse. Crédito: MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO / GETTY IMAGES