Astrofísica
Una nube de bosones ultraligeros que se forma alrededor de los agujeros negros en rotación se comporta de forma similar a la nube de electrones en un átomo
Pablo Javier Piacente
Nubes de partículas ultraligeras, nunca identificadas hasta el momento, se formarían alrededor de los agujeros negros binarios cuando giran a altas velocidades, según un nuevo estudio. Estas nubes dejarían una huella característica en las ondas gravitacionales emitidas por los agujeros negros: su comportamiento es sorprendentemente similar a las nubes de electrones en los átomos.
Un equipo de físicos de la Universidad de Amsterdam, en Países Bajos, y la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, ha descubierto que los agujeros negros estarían rodeados por una nube de partículas ultraligeras que se manifiestan de forma semejante a la nube de electrones en un átomo. Sus movimientos dejarían una “firma” característica, que puede detectarse a través de las ondas gravitacionales generadas por los agujeros negros.
De acuerdo a una nota de prensa, cuando otro objeto pesado se fusiona con el agujero negro, el “átomo gravitacional” conformado por las nuevas partículas, denominadas bosones ultraligeros, se ioniza y emite partículas que se desprenden de su estructura a toda velocidad, al igual que los electrones de los átomos convencionales “salen disparados” cuando la luz incide sobre un metal. El nuevo estudio ha sido publicado recientemente en la revista Physical Review Letters.
NUBES DE BOSONES
Un bosón es uno de los dos tipos básicos de partículas elementales presentes en la naturaleza, junto a los fermiones. Según los científicos, una inestabilidad energética forma espontáneamente una nube de bosones ultraligeros alrededor de un agujero negro binario en rotación. La presencia de estas nubes de bosones afecta a la dinámica de los agujeros negros y a sus señales de ondas gravitacionales asociadas.
El equipo de físicos pudo demostrar que el “compañero” del agujero negro que gira a altas velocidades puede inducir variaciones en la nube de partículas, “ionizándola” de manera análoga al efecto fotoeléctrico que se produce en la física atómica, o sea cuando la luz moviliza a los electrones en un átomo. La ionización mencionada contiene características energéticas nítidas, que conducen a variaciones claramente observables en las ondas gravitacionales emitidas por los agujeros negros.
Estas discontinuidades son una firma única de la nube de bosones: si se pudiera observarlas directamente, no solamente se concretaría la detección del propio bosón ultraligero nunca antes identificado, sino que también se conseguiría una información vital sobre su masa y el estado de la nube. Además, este fenómeno resolvería otro misterio ligado a los agujeros negros: la superradiación.
LA ENERGÍA QUE QUEDA LIBRE
En general, se cree que los agujeros negros se tragan todas las formas de materia y energía que los rodean. Sin embargo, también se sabe desde hace mucho tiempo que pueden desprenderse de parte de su masa a través de un proceso llamado superradiación. Para que pueda comprobarse este fenómeno, es imprescindible observar directamente en la naturaleza a las partículas nuevas que lo protagonizan, hasta ahora no observadas. Esas partículas serían precisamente los bosones ultraligeros.
La superradiación forma una gran nube alrededor del agujero negro, creando el llamado “átomo gravitacional”. A pesar del tamaño inmensamente mayor de un átomo gravitacional, la comparación con los átomos submicroscópicos es precisa, debido a la similitud del agujero negro junto a su nube con la estructura familiar de los átomos ordinarios, donde las nubes de electrones rodean un núcleo de protones y neutrones.
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REFERENCIA
Sharp Signals of Boson Clouds in Black Hole Binary Inspirals. Daniel Baumann et al. Physical Review Letters (2022). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.221102
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Fuente:
