Cuando dos agujeros negros chocan y se funden en uno el evento distorsiona el espacio mismo, creando ondas en el espacio-tiempo que se propagan por todo el universo, como ondas sonoras que resuenan desde una campana que ha sido golpeada.
Ese tipo de ondas que deforman el espacio, llamadas gravitacionales, se detectaron por primera vez hace justo diez años y proporcionan mucha información sobre los objetos de los que proceden.
La fusión de los dos agujeros captada a comienzos de año fue objeto de un detallado estudio que la colaboración LIGO-Virgo-Kafra publica en Physical Review Letters.
El artículo da información sobre las propiedades de los agujeros negros y la naturaleza fundamental del espacio-tiempo, lo que sugiere cómo encajan la física cuántica y la relatividad general de Albert Einstein, además de confirmar teorías de Hawking y del matemático Roy Kerr.
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El astrofísico Maximiliano Isi, del Instituto Flatiron (EE.UU) y uno de los firmantes del texto, destaca que la reciente detección es “la visión más clara que se tiene hasta ahora de la naturaleza de los agujeros negros”.
Gracias a esa detección han hallado -dice- “algunas de las pruebas más sólidas hasta la fecha” de que los agujeros negros astrofísicos son los predichos por la teoría de la relatividad general de Einstein.
Para las estrellas masivas, los agujeros negros son la etapa final de su evolución y estos son tan densos que ni siquiera la luz puede escapar de su gravedad.
La colisión de dos de ellos crea unas ondas gravitacionales y, al igual que una gran campana de hierro, produce un sonido diferente al de una campana de aluminio más pequeña, el sonido de una fusión de agujeros es específico, debido a las propiedades de cada uno de ellos, explica la Fundación Simons, una de las implicadas en el estudio
Hace ya una década que los científicos pueden detectar ondas gravitacionales con instalaciones especiales como LIGO en Estados Unidos, Virgo en Italia y KAGRA en Japón, que cada vez son más sofisticadas y permiten determinar las características de cada agujero.
La señal de ondas gravitacionales detectada a comienzos de año, bautizada como GW250114, ahora se sabe que la causó una fusión que formó un agujero negro con una masa equivalente a 63 soles y que gira a 100 revoluciones por segundo.
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El equipo tuvo una visión completa de la colisión, desde el momento en que los agujeros negros chocaron por primera vez hasta las reverberaciones finales, cuando el agujero negro fusionado se estabilizó en su nuevo estado, lo que ocurrió solo milisegundos después del primer contacto.
“Diez milisegundos parece muy poco tiempo, pero nuestros instrumentos son ahora tan buenos que nos basta para analizar realmente el sonido del agujero negro final”, resalta Isi.
Gran progreso logrado
Las nuevas observaciones permitieron comprobar una conjetura clave que se remonta a décadas atrás y es que los agujeros negros son objetos fundamentalmente simples, que pueden describirse con solo dos características: el espín y la masa, como había señalado Kerr en 1963.
Hawking predijo en 1971 que el horizonte de sucesos de un agujero negro (su límite exterior, más allá del cual nada, siquiera la luz, puede escapar) nunca podría disminuir de tamaño y ahora se ha obtenido una prueba más de que la superficie del resultado de una fusión no es menor que la suma de los dos agujeros negros iniciales.
Al confirmar el teorema de Hawking, los resultados apuntan a conexiones con la segunda ley de la termodinámica, la cual establece que una propiedad que mide el desorden de un sistema, conocida como entropía, debe aumentar, o al menos permanecer constante, con el tiempo.
“Nos dice que la relatividad general sabe algo sobre la naturaleza cuántica de estos objetos y que la información, o entropía, contenida en un agujero negro es proporcional a su área”, añade Isi.
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El científico destaca que el hecho de que el tamaño del horizonte de sucesos de un agujero negro se comporte como la entropía tiene “implicaciones teóricas muy profundas”, pues algunos aspectos de los agujeros negros podrían usarse para investigar matemáticamente la verdadera naturaleza del espacio y el tiempo.
Durante mucho tiempo, -destaca- este campo “ha sido pura especulación matemática y teórica”, pero ahora se está en condiciones de ver “realmente estos increíbles procesos en acción, lo que pone de relieve el gran progreso que se ha logrado y se seguirá logrando” en esta área.