Durante sesenta años, la relatividad general establecía que los agujeros negros se definían por su masa y su giro. Ahora, un nuevo estudio analiza las ondas gravitacionales de uno de estos fenómenos para comprobar si ocultan materia a su alrededor.
Cuando dos agujeros negros se fusionan, el objeto cósmico recién formado emite ondas gravitacionales con frecuencias específicas como si se trataran del sonido de una campana. Esta breve fase se denomina ringdown y puede revelar los secretos que se esconden a su alrededor.
Según las bases teóricas de Einstein, estas ondas dependen principalmente de dos factores: la masa que tenga el agujero negro y su velocidad de rotación. Pero ¿y si estas ondulaciones también se vieran influenciadas por la materia con la que se encuentran en su travesía por el cosmos?
Un estudio, publicado en Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, teoriza que, si el ambiente influyera sobre estas ‘vibraciones’, el ringdown podría darnos información sobre la materia oculta que rodea a un agujero negro.
Un equipo, dirigido por investigadores la Universidad de Nagoya (Japón), descubrió una forma de detectar la materia oculta a partir de los cambios en las ondas emitidas por la singularidad y observó que la materia no las afecta de manera uniforme. La frecuencia y la velocidad de la atenuación de estas ondas responden de manera diferente y pueden indicarnos cómo se distribuye la materia.
“Una forma sencilla de entender este fenómeno es pensar en la fusión de dos agujeros negros. Antes de la unión, ambos orbitan entre sí y emiten ondas, que tras fusionarse, se perturban de forma momentánea hasta que se estabilizan”, informa a SINC, la autora del trabajo e investigadora de la universidad nipona, Ariadna Uxue. “Durante esta etapa, las perturbaciones oscilan y decaen; un evento al que los astrofísicos denominamos como: ringdown”.
Pese a lo que se pueda pensar, los agujeros negros no están aislados en el espacio y pueden encontrarse rodeados de gas, plasma, discos de acreción y otras formas de materia, explica la investigadora. “Si el espacio-tiempo alrededor de un agujero negro se modifica por materia adicional, estas ondulaciones también pueden sufrir variaciones”, precisa.
Este trabajo revela qué patrón en la señal de las ondas gravitacionales podría convertirse en una posible pista de la existencia de ‘pelo’, un hallazgo que podría diferenciar entre un agujero negro y otro.
Los expertos siguen comprobando si la teoría de la relatividad general podría describir a la perfección los agujeros negros y qué diferencias pueden albergar, ya que encontrar indicios de ‘pelo’ entre ellos es difícil porque tanto la materia como otros fenómenos físicos pueden alterar la señal.
“El pelo de un agujero negro puede exponer la materia que lo rodea o las desviaciones respecto a uno más simple”, afirma Uxue. “Dado que se puede alterar ligeramente la señal de atenuación, detectar los cambios permitiría estudiar la gravedad en esta región tan extrema”, comenta.
Según informa la experta, las ondas gravitacionales se pueden medir con instrumentos muy sensibles como LIGO, Virgo y KAGRA.
"Estos detectores son interferómetros láser con largos brazos perpendiculares. Cuando una onda gravitacional pasa a través del detector, produce un cambio extremadamente pequeño en las distancias medidas a lo largo de los dos brazos. Esto alerta el patrón de interferencia de la luz láser y nos permite reconstruir la señal de la onda gravitacional", explica Uxue.
En la actualidad, ya se han observado ondas gravitacionales procedentes de agujeros negros, y muchos de esos análisis han revelado información sobre esa fase de relajación (ringdown).
“Nuestro trabajo es teórico y no determina si los efectos específicos que estudiamos son detectables con los instrumentos actuales", concreta la experta. Conectar estas predicciones con las observaciones requeriría un análisis más exhaustivo, que incluya un modelado realista de las ondas gravitacionales, la sensibilidad del detector y las incertidumbres de observación. Para ello, los futuros detectores deberían proporcionar mediciones más precisas de la fase de relajación y hacer que este tipo de pruebas sean cada vez más potentes".
Un agujero negro distorsiona el espacio-tiempo de tal manera que desvía la trayectoria de la luz, por lo que si existiera materia oculta que afectara a la gravedad, los efectos serían más pronunciados donde es más intensa. Esto los convierte en el mejor espacio para analizar si puede existir materia oculta o alguna física desconocida.
Para comprobar la existencia de ‘pelo’, el equipo estudió la forma en la que la luz orbita cerca de un agujero negro. Añadieron una pequeña cantidad de materia oculta a los modelos estándar de agujero negro y utilizaron las teorías de Einstein para calcular cómo esa materia modifica la frecuencia del ringdown.
Los expertos probaron este enfoque en tres agujeros negros teóricos bien conocidos y estudiaron la luz que orbita en el mismo sentido que el giro y aquella que lo hace en sentido contrario.
Un hallazgo importante fue que la frecuencia y la velocidad de atenuación de estas ondulaciones no variaban de la misma forma. La diferencia entre ambas dependía de la cantidad de materia oculta presente y de cómo se distribuía alrededor de estos fenómenos cósmicos.
“Más allá, las ondas de ringdown no solo indican que existe algo adicional cerca del agujero negro; la forma en que cambia la señal también podría darnos pistas sobre cómo es esta materia”, expresa la autora.
En lugar de estudiar cada posible tipo de ‘pelo', este método ofrece a los expertos una nueva forma de predecir cómo la materia circundante puede alterar el ringdown de un agujero negro. No obstante, los resultados de este trabajo son estimaciones preliminares; en el futuro este enfoque permitirá utilizar estas ondas para obtener información sobre el tamaño, el giro y el ‘pelo' de un evento cercano.
Referencia:
Uxue, A. et al. Ringdown waves from hairy black holes. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. (2026).
Un estudio del Instituto de Astrofísica de Canarias revela en la galaxia Messier 74 un enorme disco de estrellas jóvenes en sus regiones más externas. El hallazgo cuestiona la idea de que el crecimiento galáctico sea siempre un proceso lento y continuo.
Con imágenes de la sonda Voyager en los años 80, se halló una onda atmosférica hexagonal en el polo norte de Saturno. Décadas después, un equipo liderado por la Universidad del País Vasco ha encontrado una onda decagonal en el polo sur del planeta.
