LIGO descubrió las ondas gravitacionales – ondas expansivas en el espacio-tiempo a partir de eventos cósmicos potentes – y eso revolucionó la astrofísica. Ahora que se cumple su décimo aniversario la colaboración multinacional acaba de instaurar un nuevo hito científico, con la resolución de dos misterios en la física de los agujeros negros.
Un trabajo que se publicó hoy en Physical Review Letters describe cómo la Colaboración LIGO-VIRGO-KAGRA (LVK) captó la señal más nítida hasta ahora de la onda gravitacional de la fusión en agujeros negros. El análisis futuro de GW250114, la señal en cuestión valida dos importantes predicciones de Stephen Hawking en 1971 y de Roy Kerr en 1963.
Ante todo, sabemos que cuando se fusionan agujeros negros el agujero negro que resulta de ello es más ancho que las dos partes que se combinaron. En segundo lugar, solamente hay que conocer dos métricas para describir las perturbacioneso gravitacionales en los agujeros negros: la masa y el giro.
“Es un resultado bellísimo, un hito”, le dijo a Gizmodo en un e-mail Arthur Kosowsky, físico teórico de la Universidad de Pittsburgh, que no participó del nuevo trabajo. Los recientes resultados son “confirmación de la naturaleza fundamental de un agujero negro que gira y una prueba notable de la relavitidad general de los campos fuertes”, añadió.
Estos resultados llegan diez años después de que LIGO observara en 2015 a GW150914, la primera señal de onda gravitacional que se haya detectado. En 2021 los físicos usaron la señal de 2015 para poner a prueba el teorema de Hawking. El equipo evaluó con un nivel de certezas del 95%, pero el nuevo resultado, más nítido, hace que ese nivel llegue a 99,999%, lo más cerca posible que puede llegarse a la “verdad” en la ciencia moderna.
“Hace una década no podíamos tener certezas de que los agujeros negros colisionaran en nuestro universo”, le dijo a Gizmodo Steve Fairhurst, vocero de LIGO y físico d ela Universidad de Cardiff en Reino Unido. “Ahora observamos varias fusiones de agujeros negros por semana. Con las 300 candidatas a ondas gravitacionales observadas hasta ahora estamos empezando a tener un censo de la población de agujeros negros del universo”.
Más sobre los agujeros negros
Los agujeros negros pierden mucha masa durante la fusión. La violenta conflagración también puede aumentar la velocidad de giro del agujero negro, reduciendo su superficie. El teorema de Hawking y Jacob Bernstein propone que, a pesar de estos factores, el producto de una fusión generará de todos modos un agujero negro más grande.
En la fusión que produo a GW250114, los agujeros negros iniciales tenían superficies de unos 240.000 kilómetros cadrados en tanto que la superficie del agujero negro resultante medía 400.000 kilómetros cuadrados. El producto final pesa unas 63 veces más que la masa de nuestro sol y gira a 100 revoluciones por segundo, según los investigadores.
El software “musical” desarrollado por miembros de LIGO – entre quienes está Gregorio Carullo, astrofísico de la Universidad de Birmingham de Reino Unido – permitió que el equipo lograra mediciones precisas. La herramienta esencialmente les permitió “oír” a cada agujero negro en la fusión hasta resultar en uno mayor, con niveles de sensibilidad cuatro veces superiores a lo que se lograban hace una década.
“Como los agujeros negros son negros es muy difícil mirarlos”, le dijo Carullo a Gizmodo en una videollamada. Los experimentos con ondas gravitacionales permiten eludir la dificultad porque todo lo que está controlado por la gravedad técnicamente produce ondas gravitacionales. Los agujeros negros más masivos son especialmente ruidosos, y cada vez mejoramos más la forma de sintonizar esas señales, explicó.
“Cuando colisionan, los agujeros negros emiten sonidos característicos, específicos, peculiares a ese agujero negro”, dijo Carullo. “Si podemos oír esos sonidos o notas, que dependen de la masa y el giro, puedes calcular la masa y el giro del agujero negro”.
El hecho de que sea posible es lo que hace que sean tan extraordinarios. “La gente piensa que los agujeros negros dan miedo pero en realidad, se trata de la cosa más simple que puedas imaginar”.
Fusión de conocimientos
La astronomía de las ondas gravitacionales entusiasma porque todavía “está en pañales”, según Fairhurst. El descubrimiento ganador del Nobel de LIGO fue enorme, no hay dudas de eso, pero no hay objetivos finales trazados para este proyecto. El descubrimiento de GW250114 ha marcado el inicio de un nuevo capítulo en la astronomía.
“En los próximos años seguiremos viendo cómo mejora la sensibilidad de los detectores, y las observaciones serán más y de mayor fidelidad”, dijo Fairhurst. “En algún momento es probable que observemos algo inesperado, como una señal que la astrofísica no logre explicar, o algo que no se condice con las predicciones de la relatividad general, o una señal proveniente de un origen inesperado”.
En un comunicado, Kip Thorne, uno de los tres físicos que crearon LIGO, recordó que Hawking le preguntó poco después de la detección de la onda gravitacional en 2015, si su instrumento podía poner a prueba su teorema del área. Lamentablemente, Hawkign falleció tres años antes de que LIGO lo hiciera.
La anécdota, junto con la historia de cómo llegó LIGO a GW250114, muestra que hay generaciones de avances teóricos y experimentales que convergen para ampliar nuestro entendimiento del universo. Y eso es algo que provoca gran entusiasmo.
Este artículo ha sido traducido de Gizmodo US por Lucas Handley. Aquí podrás encontrar la versión original.
