Agujeros negros y ondas gravitacionales: cuál es la teoría de Einstein que la ciencia volvió a confirmar

Los agujeros negros son objetos extremadamente simples. Se describen mediante dos números: su masa y su momento angular (o giro). Sin embargo, no ocurre lo mismo con las estrellas o los planetas, que están formados por distribuciones de materia más complejas. También contienen un espectro característico de señales de ondas gravitacionales, que tienen frecuencias específicas y se desvanecen con el tiempo.

Un agujero negro perturbado se acerca al equilibrio emitiendo un espectro de señales de ondas gravitacionales. A diferencia de otros objetos astrofísicos, el giro de un agujero negro es notablemente simple. La relatividad general predice que las frecuencias y los tiempos de todo el espectro o “modos cuasinormales”, están totalmente determinados por aquellos dos números: la masa del agujero negro y el momento angular.

Esta predicción, una consecuencia del llamado teorema sin pelo de los agujeros negros, no se cumple en muchas teorías alternativas. Si se observa que los agujeros negros astrofísicos violan esta propiedad, indica una nueva física más allá de la relatividad general estándar.

Ahora un equipo internacional de científicos de la Universidad de Radboud ha verificado esta propiedad vital de los agujeros negros mediante observaciones de ondas gravitacionales. Los científicos volvieron a analizar los datos de la señal de ondas gravitacionales de un evento de fusión binaria de agujeros negros conocido como GW190521. Los resultados fueron publicados en la revista especializada Physical Review Letters.

Después de los albores de la astronomía de ondas gravitacionales en 2015, la detección de agujeros negros fusionándose se ha convertido en una ocurrencia rutinaria. Los detectores gemelos del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO), en el estado de Washington y Luisiana, detectan ahora este tipo de fusiones más de una vez por semana en promedio.

GW190521, en tanto, representa la fusión de agujeros negros más intensa detectada hasta el momento. Los observatorios LIGO y Virgo lo registraron en mayo de 2019. Encontraron una sorpresa escondida en los datos que utilizaron técnicas más sensibles: un segundo modo cuasinormal, mucho más débil, que había escapado a estudios anteriores. Esto fue una gran sorpresa porque se suponía que estas detecciones necesitarían modalidades mucho más sensibles para captarlos, a los que no se podría acceder hasta mediados de la década de 2030.

El profesor Badri Krishnan, autor principal de la presente investigación e integrante del Instituto de Matemáticas, Astrofísica y Física de Partículas de la Universidad de Radboud, indicó: “Hace más de 20 años, propusimos este tipo de observaciones para probar la naturaleza de los agujeros negros. En ese momento, no creíamos que los detectores LIGO y Virgo actuales pudieran observar múltiples modos de emisiones. Por tanto, estos resultados son especialmente gratificantes para mí”.

Los hallazgos proporcionan una prueba nueva y rigurosa para la relatividad general de Albert Einstein, la teoría de la gravedad que hace predicciones detalladas tanto sobre los agujeros negros como sobre las ondas gravitacionales y da cuenta de que los investigadores han encontrado, por primera vez, evidencia de las vibraciones largamente buscadas producidas por el agujero negro resultante cuando adoptó una forma esférica.

“Hasta ahora no hemos encontrado desviaciones de las predicciones de la relatividad general y Einstein sigue teniendo razón. Nuestro análisis muestra que las frecuencias y los tiempos de amortiguación de los modos cuasinormales son consistentes con las predicciones de la relatividad general”, concluyó Krishnan.

*La información contenida en este artículo periodístico se desprende de la investigación denominada “Espectro Multimodo Cuasinormal de un Agujero Negro Perturbado”, publicada en la revista especializada Physical Review Letters, de la que son autores: Collin D. Capano, Miriam Cabero, Julian Westerweck, Jahed Abedi, Shilpa Kastha, Alexander H. Nitz, Yi-Fan Wang, Alex B. Nielsen, and Badri Krishnan. Además del comunicado de prensa emitido por la Universidad de Radboud.