Un estudio sugiere que los agujeros negros están creciendo junto con la expansión del universo

Atrás Primera nota Después de que los agujeros negros se fusionaron en 2015, los astrofísicos se sorprendieron repetidamente por sus grandes masas. Inicialmente predijeron que los agujeros negros tendrían masas menos de unas 40 veces la masa del Sol. Sin embargo, los observatorios LEGO y Virgo han han encontrado Muchos agujeros negros tienen masas superiores a 50 masas solares, algunos con una masa de hasta 100 masas solares. a Nuevo estudio Publicado en Cartas de revistas astrofísicas Es el primero en demostrar que se pueden producir masas de agujeros negros grandes y pequeños a partir de un solo camino, ya que los agujeros negros ganan masa a partir de la expansión del propio universo.

Una vista del disco de acreción alrededor del agujero negro supermasivo, con estructuras en forma de chorro que sobresalen del disco. La masa extrema del agujero negro dobla el espacio-tiempo, permitiendo que el lado lejano del disco de acreción se vea como una imagen por encima y por debajo del agujero negro. Crédito de la imagen: Science Communication Lab, DESY.

Los astrónomos suelen modelar agujeros negros dentro de un universo no expandido. Es una suposición que simplifica las ecuaciones de Albert Einstein porque un universo que no crece tiene poca trazabilidad, dijo el profesor Kevin Crocker, astrónomo del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Hawai en Manoa.

“Pero hay una compensación: las expectativas solo pueden ser razonables durante un período de tiempo limitado”.

Dado que los eventos individuales que pueden ser detectados por LIGO-Virgo solo toman unos segundos, al analizar cualquier evento individual, esta simplificación es razonable. Pero estas mismas fusiones podrían llevar miles de millones de años.

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Durante el período entre la formación de un par de agujeros negros y su eventual fusión, el universo crece en profundidad.

Si se consideran cuidadosamente los aspectos más sutiles de la teoría de Einstein, surge una posibilidad sorprendente: las masas de agujeros negros pueden crecer íntimamente con el universo, un fenómeno que el profesor Crocker y sus colegas denominan “acoplamiento cósmico”.

El ejemplo más famoso de materia acoplada cosmológicamente es la propia luz, que pierde su energía a medida que el universo crece.

“Pensamos que buscaríamos el efecto opuesto. ¿Qué observaría LIGO-Virgo si los agujeros negros estuvieran acoplados cosmológicamente y ganaran energía sin necesidad de consumir estrellas u otros gases?”, Dijo el profesor Duncan Farah, astrónomo del Departamento de Física y Astronomía y el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawaii en Manoa.

Para investigar esta hipótesis, los investigadores simularon el nacimiento, la vida y la muerte de millones de pares de estrellas grandes.

Cualquier par en el que murieron ambas estrellas se ha vinculado para formar agujeros negros del tamaño de un universo, comenzando en el momento de su muerte.

A medida que el universo continuó creciendo, las masas de estos agujeros negros crecieron a medida que avanzaban en espiral entre sí.

El resultado no solo fue más agujeros negros masivos a medida que se fusionaban, sino también más fusiones.

Cuando los científicos compararon los datos de LIGO-Virgo con sus predicciones, estuvieron razonablemente de acuerdo.

“Este nuevo modelo es importante porque no requiere ningún cambio en nuestra comprensión actual de la formación, evolución o muerte de las estrellas”, dijeron.

“El acuerdo entre el nuevo modelo y nuestros datos actuales proviene simplemente de reconocer que los agujeros negros realistas no existen en un universo estático”.

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Kevin S. Crocker y otros. 2021. Objetos comprimidos cosmológicamente acoplados: un modelo de parámetro único de las distribuciones de masa y corrimiento al rojo de LIGO-Virgo. ApJL 921, L22; doi: 10.3847 / 2041-8213 / ac2fad

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