¿Cómo puede un agujero negro producir sonido?

No voy a abordar el mecanismo de producción, ^solo la naturaleza del "sonido" en este caso.

Lo que piensas que es el vacío duro del espacio exterior podría verse como un gas muy, muy , muy difuso y algo ionizado. Ese gas puede soportar ondas de sonido siempre que la longitud de onda sea considerablemente más larga que el camino libre medio de los átomos en el gas.

En cuanto al tono, existe una relación simple entre el tono del mismo nombre en diferentes octavas, por lo que una vez que conocen la frecuencia dominante pueden calcular su lugar en la escala.

¹ Aunque no sucederá dentro del horizonte de sucesos, que es donde se mantiene "ni siquiera la luz puede escapar", sino en la región alrededor del agujero propiamente dicho, donde acumula gas y polvo y los campos magnéticos del agujero juegan alegremente. estragos con los componentes ionizados de las cosas acumuladas.

Como los otros chicos ya han cubierto la mayor parte del tema, me gustaría citar algunas cosas. La luz no puede escapar solo desde el interior del horizonte de sucesos porque ya ha caído en él. Pero ahora que leemos el artículo, podríamos señalar algunos puntos.

• El artículo dice específicamente un " agujero negro supermasivo ". Son demasiado grandes en tamaño en comparación con otros agujeros negros (Schwarzchild, por ejemplo). Por lo tanto, no son lo suficientemente fuertes como para producir una asombrosa fuerza de marea sobre la materia que cae en el horizonte de sucesos. Y eso se debe a que la singularidad central se encuentra muy adentro del BH (a una distancia bastante grande del horizonte de eventos).

• Como dices, el espacio exterior es solo una especie de vacío duro y no completamente vacío . Se compone de unos pocos átomos de hidrógeno por metro cúbico. En su caso, los gases en el cúmulo de Perseo son lo suficientemente buenos como para servir como medio para que estas ondas de sonido de muy baja frecuencia viajen.

Las ondas de sonido son solo ondas de presión longitudinales y, por lo tanto, el destino "requieren un medio". A medida que el BH atrae el material hacia adentro (hacia él), la presión gravitatoria hace que expulse materia y energía que percibimos como chorros de gas y los llamamos "chorros relativistas".

El astrónomo Steve Allen dijo: (No lo conozco, pero parece que es un tipo grande)

Las ondas fueron causadas por la compresión rítmica y el calentamiento de la intensa presión gravitatoria del revoltijo de galaxias agrupadas en el cúmulo. A medida que el agujero negro atrae material, también crea chorros de material que salen disparados por encima y por debajo de él, y son estos poderosos chorros los que crean la presión que crea las ondas de sonido.

Pero estoy feliz de que realmente no hayamos escuchado el sonido del agujero negro. La observación real se debió a los rayos X. Ni siquiera puedo imaginar, "¿Cómo nos llegan las ondas de sonido viajando a través de los átomos de hidrógeno sobrantes distribuidos por toda la galaxia?" De hecho, es posible que puedan viajar a través de los jets, ¡pero no pueden alcanzarnos tan rápido! En realidad, estas ondas de presión han viajado junto con los chorros atravesando todo el medio por su fantasía física de estirar/apretar . Creo que la curiosidad a largo plazo se desvaneció con este tipo de observación.

¿Por qué estas nubes de rayos X siempre están calientes y no se enfrían en absoluto?

El mismo tema hablado alrededor de la NASA indica algo satisfactorio...

Las ondas de sonido se detectaron indirectamente usando el telescopio Chandra porque el gas del cúmulo está muy caliente y, por lo tanto, emite una forma de luz especialmente energética llamada rayos X, así como luz visible menos energética. Y el gas está tan caliente por los efectos del agujero negro. Más que una curiosidad acústica, estas ondas de sonido transportan energía que mantiene el gas en todo el cúmulo más caliente de lo que sería de otro modo. Estas temperaturas más cálidas, a su vez, regulan la tasa de formación de nuevas estrellas y, por lo tanto, la evolución de las galaxias y los cúmulos de galaxias.

Y su artículo también está de acuerdo con el hecho:

Las ondas de sonido, vistas extendiéndose desde las cavidades en la reciente observación de Chandra, podrían proporcionar este mecanismo de calentamiento.

Primero, para referencias adicionales, está el comunicado de prensa original . Además, aquí hay un informe similar de un agujero negro diferente . Parece que a la gente de Chandra le gustan este tipo de cosas. También vale la pena señalar que, hasta donde yo sé, solo hay comunicados de prensa y no hay artículos científicos publicados sobre este fenómeno.

Ahora para abordar las preguntas.

Los agujeros negros son tan masivos que la luz, que es más rápida que el sonido, no puede escapar.

Bueno, la luz del interior del agujero negro no puede escapar. Pero los agujeros negros activos crean barrios violentos a su alrededor. En general, habrá un disco de acreción, un disco de material relativamente plano que se desplaza lentamente en espiral hacia el agujero negro. La fricción debida a la rotación diferencial en este disco puede hacer que brille, especialmente cerca del agujero negro. Además, el momento angular y los campos magnéticos conspiran para hacer que los chorros salgan disparados de los "polos" del agujero negro (se espera que casi todos los agujeros negros en astronomía giren significativamente). Nuevamente, el asunto en realidad nunca llegó al horizonte de eventos, ya que, por definición, no lo volveríamos a ver.

Entonces, ¿qué es este sonido? Lo mejor que puedo decir de los comunicados de prensa, estos agujeros negros en particular pasan por períodos de baja y alta acumulación. Puede haber una gran cantidad de material cayendo durante mucho tiempo, impulsando chorros que bombean energía más allá incluso de la galaxia en la que reside el agujero negro. ¹ Luego habrá unos pocos millones de años en los que casi nada caerá en el agujero negro, durante los cuales los chorros serán poco más que gotas. Este ciclo se repite semi-regularmente, causando que se envíen ráfagas periódicas de energía.

El sonido no puede viajar en el espacio (el espacio tiene demasiado, bueno, espacio).

Bueno, sí y no. Es cierto que hay algo de material incluso en el espacio entre las galaxias. Por otro lado, es extremadamente difusa. De hecho, se ha dicho (no recuerdo la fuente) que las nubes de material más densas del espacio interestelar son más difusas que las mejores aspiradoras que podemos hacer en los laboratorios. Así que puedes imaginar que puede haber algo de propagación, pero no en el sentido tradicional.

Realmente, cuando la gente de Chandra dice que hay "sonido", lo que quieren decir es esto. Así, los pulsos de energía enviados forman ondas de choque ² que se propagan a través del medio intergaláctico. Si mira lo suficientemente lejos, verá estas regiones densas periódicas en un patrón similar a las ondas en un estanque. Dado que el "sonido" en el sentido normal consiste en sobredensidades que viajan a través del aire (aunque sin choques en la mayoría de los casos), y dado que estas son sobredensidades periódicas en el gas difuso entre galaxias, también podemos establecer una conexión terminológica entre ellas.

¿Es un si bemol?

Toma esto con un gran grano de sal. Dudo que el ciclo de trabajo del agujero negro sea tan regular como para producir un "tono" monocromático. Esto es más un cálculo caprichoso. Nathaniel en un comentario hizo el cálculo inverso: pasar de "nota" a frecuencia. Para ver cómo los científicos cambiaron una frecuencia$f$(básicamente el recíproco del tiempo entre los períodos activos del agujero negro) a una nota con nombre, consulte esta entrada de Wikipedia . En resumen, el número del tono es

Anexo: ¿Por qué es esto interesante? Más allá de la fantasía, hay un valor científico en esto. Lo creas o no, la mayor parte de la masa (o al menos, la mayor parte de la masa de la materia normal no oscura) de un cúmulo de galaxias se encuentra fuera de las galaxias mismas, en este medio intergaláctico (también conocido como intracúmulo). Constituye una parte significativa del universo a pesar de su baja densidad, debido enteramente al gran volumen que ocupa. Más interesante aún, este gas es muy caliente: millones de grados, a pesar de que la "temperatura de fondo" del universo podría decirse que es unos pocos grados por encima del cero absoluto. Es tan caliente que brilla en rayos X, razón por la cual Chandra, un telescopio de rayos X basado en el espacio, lo estudia. Estas ondas sonoras puedenexplicar una fuente significativa de calentamiento e inyección de turbulencia en esta materia, que puede tener amplias implicaciones para la cosmología extragaláctica y la formación de galaxias. Todo esto se incluye en el término clave "retroalimentación AGN", que es un tema bastante candente en la astrofísica en estos días.

¹ El agujero negro supermasivo de nuestra Vía Láctea probablemente tuvo una fase activa en algún momento. Los astrónomos detectaron recientemente las llamadas burbujas de Fermi que indican que dos chorros salieron disparados del centro de nuestra galaxia hace millones de años.

² "Ondas de choque" tienen un significado técnico en dinámica de fluidos. Básicamente, hay una discontinuidad en la densidad: antes del choque, todo es normal y difuso, pero a medida que pasa, hay una compresión y un calentamiento casi instantáneos. Piensa en la onda expansiva de una explosión.

Voy a especular sobre un mecanismo de producción para complementar la respuesta de @dmckee.

Es cierto que la luz no puede escapar de un agujero negro, excepto que puede perder energía a través de la radiación de Hawking .

Supongamos que el agujero negro oscila, vibra, es decir, dentro de él existen ondas de compresión, esta sería, por supuesto, otra forma de perder energía. Esto debido a que el radio del horizonte estaría cambiando en el tiempo, es decir, el campo gravitatorio en el espacio que lo rodea.

La detección de estas ondas sonoras alrededor del agujero sería también una medida de las ondas gravitatorias.

Busqué en Google "agujero negro vibrante". el primer golpe:

Un agujero negro puede vibrar y sus vibraciones producen ondas gravitacionales (ondas en el tejido del espacio-tiempo). Estas ondas se llevan el "pelo" de cualquier agujero negro recién nacido, dejándolo sin pelo cuando está inactivo, y también llevan codificados en sí mismos los valores de masa y giro del agujero [Bill Press, Richard Price y Saul Teukolsky].

Una segunda forma de ondas gravitacionales de la misma fuente:

Un pequeño agujero negro que orbita alrededor de un agujero masivo o cualquier otro cuerpo masivo produce ondas gravitacionales, y esas ondas transportan, codificadas en sí mismas, mapas completos del espacio-tiempo deformado del cuerpo. Si podemos detectar las ondas y extraer sus mapas, podemos usar los mapas para determinar la naturaleza del cuerpo masivo, y si es un agujero negro, podemos usar los mapas para probar la predicción sin cabello [Kip Thorne y Fintan Ryan].

Entonces es una especulación científica y no de ciencia ficción.

En realidad, no es el Agujero Negro (singularidad o cualquier cosa por debajo del horizonte de eventos) el que está emitiendo ondas de sonido.

Un Agujero Negro absorbe materia de su vecindario. Estas materias que se succionan producen ondas de sonido cuando están en camino antes de ingresar al horizonte de eventos del agujero negro (la luz no puede escapar del horizonte de eventos interior). Las ondas de sonido producidas no son más que ondas basadas en cavidades en el gas del cúmulo de Perseus. Las ondas están formadas por un "chorro de materiales" (que viaja casi a la velocidad de la luz) que empuja hacia atrás el gas del cúmulo. Debido a su alta energía, se puede detectar a millones de años luz de la fuente.

Pero, ¿qué expulsa la materia a tan altas velocidades cerca del sumidero final?
La respuesta: son las enormes fuerzas electromagnéticas las que lo dispararon antes de que llegara más allá del horizonte de sucesos del agujero negro. Estas poderosas fuerzas se generan a medida que el gas caliente magnetizado se arremolina hacia el agujero negro creando voltajes extremos que aceleran las partículas lejos del disco en direcciones opuestas.

Entonces: ¿Cómo puede un agujero negro producir sonido si la luz no puede escapar?

La luz no puede escapar de un agujero negro solo si está dentro del horizonte de eventos. La luz puede escapar (la atracción gravitatoria de) un agujero negro si está fuera del horizonte. Del mismo modo, el sonido puede escapar de la atracción gravitacional si está lo suficientemente lejos del horizonte. Supongo que el horizonte es diferente para la luz y el sonido, pero eso es solo una corazonada.

TL;RD

Básicamente, el agujero negro atrae partículas ANTES del horizonte de eventos, la ubicación donde estaban esas partículas ahora está vacía, "La naturaleza aborrece el vacío", por lo que el vacío se llena con partículas cercanas, esas partículas ahora dejan un vacío, por lo que el vacío se llena con partículas cercanas más alejadas, y así sucesivamente, creando una ondulación, una onda, un sonido. De acuerdo, será de muy baja frecuencia e inversa a una onda de sonido tradicional, ya que las partículas se mueven hacia la fuente en lugar de alejarse de ella.

Me preocuparía más cómo detectan este sonido que cómo escapa... No conozco ninguna mediana en el espacio a través de la cual viaje el sonido, pero, de nuevo, nunca he estudiado el espacio... o la física para ese asunto..

Sin embargo, sé que puedes pensar en los sonidos como compresión y descompresión de partículas en una matriz... Cuando algo se aleja, deja un espacio vacío que se llenará con partículas alrededor de este espacio (efecto de vacío... la presión empuja estos partículas dentro) cuando esas partículas se van, ahora han creado espacios vacíos, por lo que ahora las partículas a su alrededor (probablemente incluso incluyéndose a sí mismas) regresan a ese espacio... y así sucesivamente, se crea un efecto dominó (tenga en cuenta este es un efecto de ondulación en 3D... imagina esferas que se tambalean una dentro de otra, no una piedra golpeando un cuerpo de agua jaja) Esta ondulación (ondulación en 3D) puede considerarse una onda, tiene una frecuencia y, por lo tanto, cuando este movimiento de compresión llega a un tímpano se detectará...

Una vez más, todavía no sé cómo viaja este sonido a ningún lado ya que el espacio es en sí mismo un vacío por lo que sé...