Ecos de ondas gravitacionales ponen a prueba la teoría de Einstein

Cuando a inicios de año fueron descubiertas ondas gravitacionales manando desde un agujero negro binario (la formación de dos hoyos negros orbitando de cerca alrededor de ellos mismos), ello fue tomado por la comunidad científica como la confirmación de la teoría general de la relatividad de Einstein. No obstante, un reciente descubrimiento en base a los registros del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) acerca precisamente de las ondas gravitacionales, irónicamente, sugiere que la teoría de Einstein se quiebra en el borde de los agujeros negros.

Ya era una suerte de consenso en la Física el que la teoría de la relatividad podría romperse en escenarios extremos, como en el centro de los agujeros negros. Sin embargo, los ecos de las ondas gravitacionales registrados por el LIGO indican la posibilidad que la relatividad falla incluso en el borde del agujero negro, lejos de su núcleo. Por otro lado, si posteriores observaciones comprueban que los ecos registrados se debieron a algún otro factor externo, la relatividad general habrá resistido una de sus mayores pruebas.

El borde de un agujero negro es conocido como su horizonte de sucesos y según la teoría de Einstein, todo lo que lo cruza será capturado por el agujero negro irremediablemente. Nada, ni luz, puede haber a su alrededor: solo hay dentro y afuera del agujero negro alrededor de su horizonte de sucesos, ni más ni menos, sin puntos intermedios. Por ello se propone que se trata de un borde bien definido.

Por el contrario, otras teorías proponen que el horizonte de sucesos es en realidad un anillo de partículas de alta energía que quemaría cualquier materia que pasara por ahí (física cuántica); o que se trata de una enrevesada estructura de hilos de energía sin bordes claramente definidos (teoría de las cuerdas).

Tras detectarse las primeras ondas gravitacionales (ondulaciones en el espacio-tiempo) en febrero, se determinó que provenían de la fusión de dos agujeros negros (que no son sino una región del espacio tiempo con un campo gravitatorio tan poderoso que concentra en su núcleo materia y nada escapa de él). Poco después, un equipo de físicos dirigido por Vítor Cardoso en el Instituto Técnico Superior de Lisboa propuso que si existiera alguna extraña desviación de la teoría de la relatividad general -como las propuestas alternativas acerca del horizonte de sucesos- estas fusiones de agujeros negros también liberarían una serie de ecos sus ondas gravitatorias.

Ello, pues cualquier estructura —como el anillo o los hilos de energía mencionados líneas arriba—crearían efectivamente una región irregular y fluctuante en el horizonte de eventos tradicional. El borde interior de esta región es en sí el límite más allá del cual no pueden escapar partículas livianas o fotones; el borde exterior es más poroso, por ejemplo, algunos fotones que lo atraviesan pueden escapar, la mayoría no lo hará.

El efecto también atraparía parcialmente las ondas gravitatorias liberadas por la fusión del agujero negro, haciéndolas rebotar entre los dos bordes, con algunas ondas siendo capaces de escapar.

Así las cosas, un equipo liderado por el cosmólogo Niayesh Afshordi de la Universidad de Waterloo en Canadá, construyó un modelo sencillo en el que el agujero negro está acotado por paredes espejadas, en lugar del horizonte de eventos convencional. El modelo fue aplicado a las tres fusiones de agujeros negros capturadas hasta ahora por LIGO. Esto reveló que, de existir en ellas estas estructuras, el intervalo de tiempo preciso entre ecos repetidos debería haber sido alrededor de 0,1 segundos, 0,2 segundos y 0,3 segundos. Cuando miraron los datos de LIGO, encontraron que la liberación de las ondas gravitatorias en las tres fusiones fue seguida por ecos sucesivos exactamente en esos intervalos.

Los ecos pueden ser una casualidad estadística, y si el ruido aleatorio está detrás de los patrones, dice Afshordi, entonces la posibilidad de ver esos ecos es de aproximadamente 1 en 270 o 2,9 sigma. Para asegurarse de que no son ruidos, tales ecos tendrán que ser vistos en futuras observaciones del LIGO a fusiones de agujeros negros (agujeros negros binarios).

No obstante, el registro de los ecos es suficiente pista como para poner a prueba la teoría de la relatividad en estas condiciones extremas. El modelo de Ashfordi deberá seguir siendo puesto a prueba, a fin de determinar si puede explicar cómo y por qué se dan las desviaciones de la teoría de Einstein.

Hans Huerto

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