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(Noticias de Nanowerk) Un agujero negro suele ser el lugar donde desaparece la información, pero los científicos pueden haber descubierto un truco para usar sus momentos finales para contarnos sobre la historia del universo. En un nuevo estudio (Cartas de verificación física«Sirenas espectrales: cosmología de la distribución masiva completa de binarios compactos»), dos astrofísicos de la Universidad de Chicago desarrollaron una forma de usar pares de agujeros negros en colisión para medir qué tan rápido se está expandiendo nuestro universo y comprender cómo funciona el universo, de qué está hecho. de, y hacia dónde va.
En particular, los científicos creen que la nueva técnica, a la que llaman «sirenas espectrales», puede decirnos algo sobre los difíciles años de «adolescencia» del universo.
Un gobernante cósmico
Un importante debate científico en curso es qué tan rápido se está expandiendo el universo, un número llamado constante de Hubble. Los diversos métodos disponibles hasta el momento brindan respuestas ligeramente diferentes, y los científicos se esfuerzan por encontrar formas alternativas de medir esta tasa. Verificar la precisión de este número es particularmente importante ya que afecta nuestra comprensión de cuestiones fundamentales como la edad, la historia y la composición del universo.
El nuevo estudio ofrece una forma de realizar este cálculo, utilizando detectores especiales que captan los ecos cósmicos de las colisiones de agujeros negros.
De vez en cuando, dos agujeros negros chocan, un evento tan poderoso que literalmente crea una onda en el espacio-tiempo que se propaga a través del universo. Aquí en la Tierra, el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser de EE. UU. (LIGO) y el Observatorio Virgo de Italia pueden captar estas ondas, llamadas ondas gravitacionales.
En los últimos años, LIGO y Virgo han recopilado las lecturas de casi 100 pares de agujeros negros en colisión.
La señal de cada colisión contiene información sobre cuán masivos eran los agujeros negros. Pero la señal ha viajado por el espacio y durante ese tiempo el universo se ha expandido, cambiando las propiedades de la señal. «Por ejemplo, si tomas un agujero negro y lo colocas antes en el universo, la señal cambiaría y se vería como un agujero negro más grande de lo que realmente es», explicó el astrofísico de UChicago Daniel Holz, uno de los dos autores del estudio. papel de estudio
Si los científicos pueden encontrar una manera de medir cómo ha cambiado esta señal, pueden calcular la tasa de expansión del universo. El problema es la calibración: ¿cómo sabes cuánto ha cambiado con respecto al original?
En su nuevo artículo, Holz y el primer autor, Jose María Ezquiaga, sugieren que pueden utilizar nuestro nuevo conocimiento de toda la población de agujeros negros como herramienta de calibración. La evidencia actual, por ejemplo, sugiere que la mayoría de los agujeros negros descubiertos tienen entre cinco y 40 veces la masa de nuestro Sol. «Así que medimos las masas de los agujeros negros cercanos y entendemos sus propiedades, y luego miramos más lejos y vemos cuánto han cambiado esos más distantes», dijo Ezquiaga, becario postdoctoral Einstein de la NASA y colaborador del Instituto Kavli para la Física Cosmológica. con madera en UChicago. «Y eso te da una medida de la expansión del universo».
Los autores lo llaman el método de la «sirena espectral», un nuevo enfoque del método de la «sirena estándar» que desarrollaron Holz y sus colaboradores. (El nombre se refiere a los métodos de «candelabro estándar» que también se usan en astronomía).
Los científicos están entusiasmados porque en el futuro, a medida que se amplíen las capacidades de LIGO, el método podría proporcionar una ventana única a los «años de adolescencia» del universo, hace unos 10 mil millones de años, que son difíciles de investigar con otros métodos.
Los investigadores pueden usar el fondo cósmico de microondas para observar los primeros momentos del universo, y pueden observar galaxias cercanas a la nuestra para estudiar la historia reciente del universo. Pero el mientras tanto es más difícil de alcanzar y una zona de especial interés científico.
«Fue en ese momento que hicimos la transición de la materia oscura como la fuerza dominante en el universo a la energía oscura, y estamos muy interesados en estudiar esta transición crítica», dijo Ezquiaga.
La otra ventaja de este método, según los autores, es que hay menos incertidumbres derivadas de lagunas en nuestro conocimiento científico. «Al utilizar toda la población de agujeros negros, el método puede calibrarse a sí mismo e identificar y corregir errores directamente», dijo Holz. Los otros métodos para calcular la constante de Hubble se basan en nuestra comprensión actual de la física de las estrellas y las galaxias, que implica mucha física y astrofísica complicadas. Eso significa que las medidas pueden confundirse bastante si aún no sabemos algo.
Por el contrario, este nuevo método del agujero negro se basa casi por completo en la teoría de la gravedad de Einstein, que está bien estudiada y ha resistido todos los intentos anteriores de los científicos para probarla.
Cuantas más medidas tenga de todos los agujeros negros, más precisa será esta calibración. «Preferiblemente necesitamos miles de estas señales, que deberíamos tener en un par de años, y aún más durante la próxima década o dos», dijo Holz. «En ese momento, sería una forma increíblemente poderosa de aprender sobre el universo».
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