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Las fusiones de agujeros negros son hermosas y algunos de los eventos más violentos del cosmos. Así es como se desarrolla el proceso.
La historia comienza con dos agujeros negros orbitando lejos unos de otros en círculos largos y perezosos. Podrían haber nacido como un par binario de estrellas, o pueden haberse encontrado aleatoriamente en las profundidades del planeta. espacio interestelar. De cualquier manera, para fusionarse, deben acercarse, lo que significa perder mucha energía orbital.
El primer paso para robar energía del sistema es mediante la interacción de los agujeros negros con su entorno. No están solos: siempre hay finas volutas de gas y polvo flotando y, a veces, incluso objetos más grandes, como planetas o planetas. estrellas. Todos estos objetos interactúan a través de gravedad con el agujero negro. A veces, caen y nunca más se los vuelve a ver. Otras veces, apenas fallan, aumentando un poco sus velocidades y absorbiendo parte de la energía orbital del agujero negro.
Una vez que los agujeros negros se acercan lo suficiente, comienza otro proceso. Los agujeros negros se agitan espacio–tiempo mientras orbitan entre sí, y esta agitación libera ondas gravitacionales que emanan de la pareja como ondas en un estanque. Sin embargo, las ondas gravitacionales son increíblemente débiles y comienzan a minar seriamente la energía sólo cuando los agujeros negros están muy, muy cerca unos de otros.
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Esto ha llevado a los astrofísicos a un enigma llamado “problema final de pársec“. Las simulaciones han demostrado que las interacciones gravitacionales con el medio ambiente pueden acercar los agujeros negros a aproximadamente un pársec (alrededor de 3,26 años luz) entre sí en un período de tiempo decente. Pero dentro de esa distancia, simplemente no hay suficiente material para seguir extrayendo energía. Por otro lado, a la misma distancia, las ondas gravitacionales son demasiado débiles y tomarían muchos múltiplos de la edad del universo para hacer el trabajo.
El problema final del parsec es actualmente un enigma sin resolver en astrofísica. Pero sea cual sea el mecanismo que se produzca, con el tiempo los agujeros negros se acercan lo suficiente como para que las ondas gravitacionales realmente puedan extraer mucha energía del sistema. En este punto, los agujeros negros sólo tienen unos segundos antes de fusionarse.
A distancias tan cercanas, los agujeros negros comienzan a deformarse entre sí. Realmente no tienen superficies; Los horizontes de sucesos son fronteras invisibles que marcan la región sin escapatoria. Pero la forma del horizonte de sucesos Depende no sólo del propio agujero negro sino también de la geometría del espacio-tiempo que lo rodea. Entonces, a medida que los agujeros negros comienzan su danza mortal, los horizontes de sucesos se alargan y se estiran uno hacia el otro.
Entendemos lo que sucede a continuación sólo a través de complejas simulaciones por computadora que monitorean y rastrean la evolución de los horizontes de eventos. En los milisegundos previos al impacto, cada agujero negro envía un delgado zarcillo (un pequeño túnel de su horizonte de sucesos) hacia su compañero. Estos zarcillos se encuentran y fusionan, formando un puente entre los dos agujeros negros, como si estuvieran conectados por un cordón umbilical.
Muy rápidamente, el puente se ensancha y los horizontes de sucesos se pegan, como dos pompas de jabón que chocan. En un instante, los agujeros negros se fusionan en uno.
Lo que sucede dentro es una incógnita. El centro de un agujero negro Se conoce como una singularidad, un punto de densidad infinita. Aquí es donde nuestra comprensión actual de la física se desmorona. Las simulaciones muestran que las singularidades se encuentran rápidamente, orbitan brevemente y luego se fusionan, pero lo que realmente sucede no está claro.
Curiosamente, el agujero negro recién fusionado tiene una masa menor que las masas combinadas del par original. Por ejemplo, en 2016, el LIGO Colaboración científica detectó el primer evento de onda gravitacional de la fusión de agujeros negros, descubriendo que un agujero negro de 36 masas solares se había fusionado con un agujero negro de 30 masas solares para crear uno nuevo que pesaba sólo 63 masas solares.
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¿Qué pasó con los tres extra? masas solares? Esa masa se convirtió en energía en forma de ondas gravitacionales. Alguien tuvo que pagar por toda la pérdida de energía, y provino de la conversión de la propia masa del agujero negro. En cada fusión de agujeros negros, aproximadamente el 5% se convierte en ondas gravitacionales.
En perspectiva, eso es como convertir tres soles enteros en energía pura. Cuando los agujeros negros chocan, liberan más energía que todas las estrellas del mundo. el universo – y todo sucede en completo y absoluto silencio y oscuridad.