En el mundo de los agujeros negros, generalmente hay tres categorías de tamaño: agujeros negros de masa estelar (aproximadamente cinco a 50 veces la masa del sol), agujeros negros supermasivos (millones o miles de millones de veces el masa del sol) y agujeros negros de masa intermedia con masas en algún lugar en el medio.
Si bien sabemos que deberían existir agujeros negros de masa intermedia, se sabe poco sobre sus orígenes o características: se consideran los raros «enlaces faltantes» en la evolución de los agujeros negros.
Sin embargo, cuatro nuevos estudios han arrojado nueva luz sobre el misterio. La investigación fue dirigida por un equipo en el laboratorio de profesor asistente de física y astronomía Karan Jani, quien también se desempeña como director fundador de la Iniciativa de Laboratorios Lunar de Vanderbilt. El trabajo fue financiado por la National Science Foundation y la oficina de Vanderbilt del Vicepresidente para la Investigación e Innovación.
El artículo principal, «Propiedades de los candidatos de agujero negro de masa intermedia ‘lite’ en la tercera carrera de observación de Ligo-Virgo», se publicó en Cartas de diario astrofísico y dirigido por el compañero postdoctoral de Lunar Labs Anjali Yelikar y Astrophysics Ph.D. Candidato Krystal Ruiz-Rocha. El equipo volvió a analizar los datos de los detectores del Observatorio de onda Gravitational (LIGO) del interferómetro láser de Precio Nobel en los EE. UU. Y el detector de Virgo en Italia.
Los investigadores encontraron que estas ondas correspondían a fusiones de agujeros negros de más de 100 a 300 veces la masa del sol, lo que las convierte en los eventos de onda gravitacional más pesados registrados en astronomía.
«Los agujeros negros son los mejores fósiles cósmicos», dijo Jani. «Las masas de agujeros negros reportados en este nuevo análisis se han mantenido altamente especulativos en la astronomía. Esta nueva población de agujeros negros abre una ventana sin precedentes a las primeras estrellas que iluminan nuestro universo».
Los detectores basados en la Tierra como LIGO capturan solo una fracción de segundo de la colisión final de estos agujeros negros de masa intermedia «livianas», lo que hace que sea difícil determinar cómo los crea el universo. Para abordar esto, el laboratorio de Jani recurrió a la próxima Agencia Espacial Europea y la Misión de Antena del Interferómetro Láser de la NASA (LISA), lanzándose a fines de la década de 2030.
En dos estudios adicionales publicados en Diario astrofísico«Un mar de agujeros negros: caracterizando la firma de Lisa para los binarios de agujeros negros de origen estelar», dirigido por Ruiz-Rocha, y «Una historia de dos agujeros negros: Multiband Gravitational Wave Wave Media of Rechosks Kicks, dirigido por el ex interno de investigación de verano, Shobhit Ranjan, el equipo mostró Lisa puede rastrear estos años de Black Holés antes de su Merga, Shedding Light, Shedding Light, su origen, y Fatea, y Fatea, y Fatea, y Fatea, y Fatea, y Fatea, y Fatea, y Fatea, y Fatea, y Fatea, y Fatea, y Fatea, y Fatea.
La detección de las ondas gravitacionales de las colisiones de agujeros negros requiere una precisión extrema, como tratar de escuchar una caída de PIN durante un huracán. En un cuarto estudio también publicado en Diario astrofísico«No hay fallas en la matriz: reconstrucción robusta de señales de ondas gravitacionales bajo artefactos de ruido», el equipo mostró cómo los modelos de inteligencia artificial garantizan que las señales de estos agujeros negros permanecen sin corruptos del ruido ambiental y de detectores en los datos. El documento fue dirigido por el compañero postdoctoral Chayan Chatterjee y se expande en el programa AI para New Messengers de Jani, una colaboración con el Instituto de Ciencias de Datos.
«Esperamos que esta investigación fortalezca el caso de los agujeros negros de masa intermedia como la fuente más emocionante en la red de detectores de ondas gravitacionales desde la Tierra hasta el espacio», dijo Ruiz-Rocha. «Cada nueva detección nos acerca a comprender el origen de estos agujeros negros y por qué caen en esta misteriosa gama de masas».
En el futuro, Yelikar dijo que el equipo explorará cómo se podrían observar agujeros negros de masa intermedia utilizando detectores en la luna.
«El acceso a frecuencias de ondas gravitacionales más bajas desde la superficie lunar podría permitirnos identificar los entornos en los que viven estos agujeros negros, algo que los detectores basados en la tierra simplemente no pueden resolver», dijo.
Además de continuar esta investigación, Jani también trabajará con las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina en un estudio patrocinado por la NASA para identificar destinos lunares de alto valor para la exploración humana para abordar los objetivos científicos a nivel de la decadal.
Como parte de su participación en este estudio, Jani contribuirá a la Panel sobre heliófísica, física y ciencia físicaidentificar y articular los objetivos científicos relacionados con la física solar, el clima espacial, la astronomía y la física fundamental que los exploradores humanos más habrían habilitado en la luna.
«Este es un momento emocionante en la historia, no solo para estudiar agujeros negros, sino para unir las fronteras científicas junto con la nueva era del espacio y la exploración lunar», dijo Jani. «Tenemos una rara oportunidad de entrenar a la próxima generación de estudiantes cuyos descubrimientos serán formados y hechos de la luna».
