Los agujeros negros podrían, en sus ondas gravitacionales, revelar la presencia de materia oscura en su entorno inmediato.
Las ondas gravitacionales, predichas por Einstein, son ondulaciones del espacio-tiempo. Viajan a la velocidad de la luz y surgen durante los eventos más violentos del Universo, como cuando dos agujeros negros fusionan. Girando uno alrededor del otro y luego colisionando, estos astros masivos liberan una energía colosal que deforma el tejido cósmico.
Cuando dos agujeros negros colisionan y fusionan, liberan ondas gravitacionales. Estas ondas son detectadas por los observatorios LIGO-Virgo-KAGRA en la Tierra, permitiendo a los científicos determinar la masa y rotación de los agujeros negros.
Crédito: Maggie Chiang para Simons Foundation
Para captar estas ínfimas vibraciones, los interferómetros LIGO y Virgo miden variaciones de distancia con una precisión inaudita – del orden de la milmillonésima parte del ancho de un átomo. Cada fusión de agujeros negros produce una señal característica en forma de gorjeo (chirp), cuya forma depende de las masas, la rotación y el entorno de los astros.
Los científicos analizan esta señal para deducir las propiedades de los objetos en fusión. Si el entorno no está vacío sino que contiene materia oscura, la onda llevará una huella. Modelos recientes permiten distinguir ambos casos, ofreciendo un instrumento para sondear la materia oscura a distancia.
Invisible porque no emite ni absorbe luz, la materia oscura solo puede ser observada por su atracción gravitacional sobre lo visible – por ejemplo, en la rotación de las galaxias o en la deformación de la luz.
Según una teoría, la materia oscura podría estar compuesta por partículas ultraligeras. Cerca de un agujero negro en rotación, estas partículas se comportan como ondas. El agujero negro puede entonces transferirles parte de su energía de rotación mediante un mecanismo llamado superradiancia, lo que aumenta fuertemente la densidad de materia oscura circundante.
Cuando esta densidad alcanza un umbral crítico, imprime una firma en las ondas gravitacionales emitidas durante una fusión. Los investigadores han modelado este efecto y exploran los datos de los observatorios para detectarlo. La superradiancia constituye así un mecanismo natural para concentrar la materia oscura alrededor de los agujeros negros, haciendo posible su estudio.
Fuente: Physical Review Letters