La existencia de los agujeros negros parece ser una paradoja. Por un lado, podemos argumentar que nuestros modelos físicos predicen su existencia, pero esos mismos modelos son incapaces de describir con claridad lo que es un agujero negro. Por otro lado, podemos buscarlos en el firmamento, pero por definición son cuerpos que devoran todo en su camino: incluso la luz que se les acerca desaparece por siempre, haciéndolos efectivamente invisibles.
Artículo: Alexander Keesling
Portada Cortesía Max Planck Institute for Gravitational Physics: T. Dietrich, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno, BAM collaboration
La imagen en portada muestra simulaciones numéricas de dos estrellas de neutrones orbitando y fusionándose. Tal evento fue observado por primera vez por la red de detectores LIGO-Virgo el 17 de agosto de 2017.
Viendo lo invisible
Sin embargo, una observación directa no es la única opción que tenemos. Con mediciones cuidadosas y equipo experimental sofisticado, es posible buscar los efectos de estos cuerpos celestes en su entorno. Es como ver al viento a través del movimiento que causa en las hojas de los árboles. Existen una gran cantidad de observaciones indirectas de agujeros negros, pero la última década nos dejó dos altamente sobresalientes.
La primera fue el 14 de septiembre del 2015, cuando científicos en el Observatorio LIGO (por sus siglas en inglés) detectaron las ondas gravitacionales causadas por la unión de dos agujeros negros.
Dos agujeros negros, cada uno alrededor de 30 veces la masa del Sol, comenzaron a girar uno alrededor del otro, acercándose hasta unirse en un sólo agujero negro de alrededor de 60 veces la masa del Sol.
Al acercarse emitieron energía en forma de ondas gravitacionales, que son deformaciones del espacio-tiempo mismas que se propagaron en todas direcciones – como lo harían las pequeñas olas producidas por una piedra que cae en un lago. La observación de ese día es una de las fuentes de información más directa y útil que tenemos para mejorar nuestro entendimiento de la naturaleza de los agujeros negros.
Event Horizon
El 10 de abril de 2019, el Telescopio de Horizonte de Eventos (EHT, por sus siglas en inglés) publicó la primera imagen de un agujero negro. La zona visible más próxima a un agujero negro se conoce como horizonte de eventos y está definida por la distancia en la que la velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz. Mediante un conjunto de telescopios los investigadores reconstruyeron la distribución de ondas de radio alrededor de un agujero negro – muchos de estos telescopios se encuentran en el continente americano. Esta y otras imágenes que se planean generar en el futuro serán piezas importantes para completar el rompecabezas. De esta forma los científicos esperan entender las situaciones más extremas que ponen a prueba nuestro entendimiento del espacio-tiempo y de los efectos gravitacionales.
Esta es la parte final de una trilogía sobre agujeros negros. Si te perdiste las partes uno y dos, en dónde se explican los conceptos básicos sin matemáticas, haz click en los siguientes enlaces:
Viaje de ida y sin regreso: Agujeros negros y Singularidad.
Extra. Los científicos del proyecto europeo Virgo responden a cuatro preguntas sobre las ondas gravitacionales:
¿Qué son las ondas gravitacionales?
Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo que se propagan por todo el Universo a la velocidad de la luz. Estas ondas son producidas por los fenómenos astrofísicos más violentos, como la fusión de estrellas de neutrones y/o agujeros negros, así como la explosión de supernovas.
Las ondas gravitacionales son una de las predicciones de la teoría general de la relatividad, publicada por Albert Einstein hace aproximadamente un siglo, a finales de 1915. Sin embargo, sólo en las últimas décadas hemos desarrollado la tecnología necesaria para construir instrumentos suficientemente sensibles como Virgo, que están diseñados para la detección directa de las ondas gravitacionales en la Tierra.
¿Qué diferencia hay entre las ondas gravitacionales y las ondas electromagnéticas?
La naturaleza de estos dos tipos de ondas son completamente diferentes, aunque los “mecanismos” de generación son similares. Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo producidas por masas aceleradas, mientras que las ondas electromagnéticas son ondas del campo electromagnético causado por cargas eléctricas aceleradas, por ejemplo cuando una corriente fluye en una antena. Además de sus diferentes orígenes, estos dos tipos de ondas actúan sobre entidades físicas completamente diferentes: las ondas gravitacionales actúan sobre la geometría del espacio-tiempo mientras que las ondas electromagnéticas actúan sobre las cargas eléctricas.
¿Qué efecto tienen las ondas gravitacionales sobre la Tierra?
La gravitación es mucho más débil que el electromagnetismo por lo que se espera que el efecto de las ondas gravitacionales en la Tierra sea extremadamente pequeño.
¿Por qué se buscan las ondas gravitacionales?
Detectar las ondas gravitacionales abrirá una nueva ventana en el cosmos. Las ondas gravitacionales son “mensajeras” complementarias de las observaciones astronómicas tradicionales realizadas con diferentes tipos de radiación electromagnética, incluyendo la luz visible y las ondas de radio, así como los rayos cósmicos y los neutrinos.
Además, la detección directa de las ondas gravitacionales proporcionará una mayor prueba de la relatividad general de Einstein. Esta teoría explica la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo, pero sólo se ha probado en campos gravitatorios débiles, como en el Sistema Solar. La detección y el estudio de las ondas gravitacionales será fundamental para comprender la naturaleza de la gravitación.
srn
