Nuevas observaciones de ondas gravitacionales confirman predicciones de Einstein, Kerr y Hawking
A casi exactos 10 años desde la primera observación de ondas gravitacionales, el observatorio LIGO anuncia la visión más clara hasta la fecha sobre la naturaleza de los agujeros negros.
El 14 de septiembre de 2015 se anunció la primera detección de ondas gravitacionales, perturbaciones en el espacio-tiempo producidas a partir de eventos que liberan mucha energía, como la colisión de dos agujeros negros.
Desde entonces, la colaboración internacional LIGO-Virgo-KAGRA, que opera observatorios en Estados Unidos, Italia y Japón, ha ganado precisión y la detección de fusiones de agujeros negros es rutinaria, pueden detectar una cada tres días.
Pero una en particular, realizada el 14 de enero de este año, permitió tener la evidencia más clara hasta la fecha del funcionamiento de los agujeros negros, confirmando las predicciones de Albert Einstein, Roy Kerr y Stephen Hawking.
Comprobación observacional de la física teórica
En un artículo publicado este miércoles en Physical Review Letters, un equipo internacional de investigadores entregó los detalles de la detección más nítida de una fusión de agujeros negros hasta ahora.
Conocida como GW250114 (los números indican la fecha en que la señal se detectó), las ondas gravitacionales provienen de la colisión de dos agujeros negros con masas entre 30 y 40 veces la del Sol, ocurrida a unos 1.300 millones de años luz de distancia.
La fusión formó un agujero negro con una masa de 63 soles y girando a 100 revoluciones por segundo. “Esta es la visión más clara hasta la fecha sobre la naturaleza de los agujeros negros”, afirmó el astrofísico Maximiliano Isi, del Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York, quien dirigió la investigación.
“Hemos encontrado algunas de las pruebas más sólidas hasta la fecha de que los agujeros negros astrofísicos son los agujeros negros predichos por la teoría de la relatividad general de Albert Einstein”, agregó el investigador en un comunicado.
No solo demuestran las predicciones de Einstein. Las nuevas observaciones permitieron comprobar una conjetura clave que el físico Roy Kerr, quien resolvió las ecuaciones espacio-temporales de Einstein y describió en 1963, que los agujeros negros son objetos fundamentalmente simples.
Es decir, pueden describirse mediante dos características: espín y masa. Con los nuevos datos, los investigadores pudieron medir la frecuencia y la duración de la vibración provocada por el agujero negro fusionado con más precisión que nunca y comprobaron lo predicho por Kerr.
Tras la confirmación del teorema de Hawking
Además, permitieron probar una idea fundamental propuesta por Stephen Hawking, su teorema del área, que afirma que el tamaño del horizonte de sucesos de un agujero negro (la línea a partir de la cual nada puede regresar, ni siquiera la luz), solo puede crecer.
Para comprobar la aplicabilidad del teorema se requerían mediciones de agujeros negros antes y después de su fusión. Tras la primera detección de fusión de agujeros negros en 2015, no pudo comprobarse, lo que sí se logró en 2021 (tres años después de la muerte de Hawking), pero debido a que los datos no eran tan precisos, los resultados tuvieron un nivel de confianza del 95%. Ahora, con una resolución cuatro veces mejor, los nuevos datos brindan un 99,999% de confianza en la exactitud del teorema de Hawking.
Un evento fuerte y rápido
En la actualidad, el observatorio LIGO puede detectar cambios en el espacio-tiempo menores a 1/10.000 del ancho de un protón. Esto es 700 billones de veces menor que el ancho de un cabello humano.
Esta precisión le permitió detectar las nuevas ondas gravitacionales y tener una visión completa de la colisión desde el momento en que los agujeros negros chocaron entre sí hasta las reverberaciones finales, cuando el agujero negro fusionado se asentó en su nuevo estado. Esto ocurrió solo milisegundos después del primer contacto.
Referencias de la noticia
Artículo en Physical Review Letters. GW250114: Testing Hawking’s Area Law and the Kerr Nature of Black Holes.
Nota de prensa Simons Foundation. Ringing black hole confirms Einstein and Hawking’s predictions.
Nota de prensa American Physical Society. Clearest signal yet from colliding black holes yields most precise confirmation of Hawking’s área theorem.
Nota de prensa California Institute of Technology. Ten years later, LIGO is a black-hole hunting machine.