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ASTRONOMÍA. Descubriendo la materia oscura: nueva pista de nubes misteriosas que giran alrededor de agujeros negros

 


Las ondas gravitacionales son ondas cósmicas en la estructura del espacio y el tiempo que emanan de eventos catastróficos en el espacio, como colisiones de agujeros negros y estrellas de neutrones, los núcleos colapsados ​​de estrellas supergigantes masivas. 

Detectores de ondas gravitacionales extremadamente sensibles en la Tierra, como el Advanced LIGO y los detectores Virgo, han observado con éxito docenas de señales de ondas gravitacionales, y también se han utilizado para buscar materia oscura: una forma hipotética de materia que se cree que representa aproximadamente el 85% de toda la materia del Universo. 

La materia oscura puede estar compuesta de partículas que no absorben, reflejan ni emiten luz, por lo que no pueden detectarse mediante la observación de la radiación electromagnética. La materia oscura es material que no se puede ver directamente, pero sabemos que la materia oscura existe debido al efecto que tiene sobre los objetos que podemos observar directamente.

Las partículas de bosones ultraligeras son un nuevo tipo de partícula subatómica que los científicos han presentado como candidatos convincentes a la materia oscura. Sin embargo, estas partículas ultraligeras son difíciles de detectar porque tienen una masa extremadamente pequeña y rara vez interactúan con otra materia, que es una de las propiedades clave que parece tener la materia oscura.

La detección de ondas gravitacionales proporciona un nuevo enfoque para detectar estas partículas de bosones extremadamente ligeras utilizando la gravedad. Los científicos teorizan que si hay ciertas partículas de bosones ultraligeros cerca de un agujero negro que gira rápidamente , el campo de gravedad extrema hace que las partículas queden atrapadas alrededor del agujero negro, creando una nube alrededor del agujero negro. 

Este fenómeno puede generar ondas gravitacionales durante una vida muy larga. Al buscar estas señales de ondas gravitacionales, los científicos pueden finalmente descubrir estas escurridizas partículas de bosones, si existen, y posiblemente descifrar el código de la materia oscura o descartar la existencia de algunos tipos de partículas propuestas. 

Representación artística de un agujero negro. Fuente: NASA

En un estudio internacional reciente en la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA, con la investigadora asociada de OzGrav, la Dra. Lilli Sun, de la Universidad Nacional de Australia, como una de las principales investigadoras, un equipo de científicos llevó a cabo la primera búsqueda en todo el cielo diseñada para estos predijo las señales de ondas gravitacionales de las nubes de bosones alrededor de agujeros negros que giran rápidamente. 

“La ciencia de ondas gravitacionales abrió una ventana completamente nueva para estudiar la física fundamental. No solo proporciona información directa sobre misteriosos objetos compactos en el Universo, como agujeros negros y estrellas de neutrones, sino que también nos permite buscar nuevas partículas y materia oscura ”, dice la Dra. Sun.

Aunque no se detectó señal, el equipo de investigadores pudo sacar conclusiones valiosas sobre la posible presencia de estas nubes en nuestra galaxia. En el análisis, también tomaron en consideración que la fuerza de una señal de onda gravitacional depende de la edad de la nube de bosones: la nube de bosones se encoge a medida que pierde energía al enviar ondas gravitacionales, por lo que la fuerza de la señal de onda gravitacional disminuiría. mientras la nube envejece. 

No parece probable que exista un tipo particular de nubes de bosones menores de 1000 años en ninguna parte de nuestra Galaxia, mientras que las nubes que tienen hasta 10 millones de años no es probable que existan dentro de unos 3260 años luz de la Tierra. Futuros detectores de ondas gravitacionales sin duda podrán abrir nuevas posibilidades en la observación, adentrarse más profundamente en el Universo y descubrir más conocimientos sobre estas partículas.

Para obtener más información sobre esta investigación, consultar las nubes de bosones fantasmales podrían resolver el misterio de la materia oscura .

Fuente: “All-sky search for gravitational wave emission from scalar boson clouds around spinning black holes in LIGO O3 data” by The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, the KAGRA Collaboration: R. Abbott,  et al., 30 November 2021, Astrophysics > High Energy Astrophysical PhenomenaarXiv:2111.15507

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