¿Las ondas gravitacionales pueden contradecir a Einstein?

¿Las ondas gravitacionales pueden contradecir a Einstein?

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Fue aclamado como una elegante confirmación de la teoría general de la relatividad de Einstein. Pero, irónicamente, el descubrimiento de ondas gravitacionales a principios de este año puede convertirse en la primera prueba de que esa teoría se “rompe” en los bordes de un agujero negro. De hecho, un equipo de físicos de la Universidad de California en Santa Bárbara afirma, después de un nuevo análisis de los datos obtenidos por LIGO, el detector que descubrió las ondas gravitacionales, haber encontrado en ellas un “eco” que contradice las predicciones de la relatividad general. El hallazgo se acaba de publicar en «Nature».

Los propios científicos advierten de que el eco podría desaparecer analizando más datos. Pero si persistiera, estaríamos ante algo extraordinario para la Ciencia. Las predicciones de los físicos ya indicaban que la teoría de Einstein podría romperse en escenarios extremos, como son los centros de los agujeros negros. Pero los ecos recién detectados abren la posibilidad, aún más sorprendente, de que la relatividad también falle en sus bordes, lejos de los núcleos.

“Las detecciones de LIGO, y la perspectiva de llevar a cabo muchas más -explica Steve Giddings, investigador de agujeros negros en la Universidad de California- ofrece una excitante ocasión para investigar un nuevo régimen de la Física”. Por su parte, los científicos de LIGO afirman ser conscientes de estas predicciones, y ayudarán al análisis de sus datos para buscar nuevos ecos.

 

Durante mucho tiempo se había pensado que el borde de un agujero negro, el llamado “horizonte de sucesos”, estaba mucho más allá del alcance de cualquier experimento. Según la relatividad general, cualquier cosa que cruce esa barrera será capturada por el agujero negro para siempre y no podrá, además, enviar ninguna clase de información al exterior. La opinión general es que este hecho, el de cruzar el horizonte de sucesos, no dejará nada en los bordes del agujero, aunque alguien que tuviera la mala suerte de pasar este límite no notaría ningún cambio brusco en el ambiente que le rodea.

El «cortafuegos»

Pero en 2012, un equipo de físicos descubrió que, si la física cuántica es correcta, lo que conocemos como horizonte de sucesos debería ser reemplazado por un “cortafuegos”, un anillo formado por partículas de alta energía capaces de “quemar” cualquier clase de materia que quisiera cruzar al otro lado. Lo cual contradice las predicciones de la relatividad general. Pero la alternativa, que no haya ningún cortafuegos alrededor de los agujeros negros, supondría que es la mecánica cuántica la que se equivoca. ¿Quién tiene entonces la razón?

Otras teorías “exóticas” que contradicen la relatividad general predicen la existencia de algún tipo de estructura en el horizonte de sucesos: por ejemplo, algunas versiones de la teoría de cuerdas afirman que, en realidad, los agujeros negros son una especie de ovillos hechos de hilos de energía y con una superficie borrosa y poco definida en lugar de un horizonte de sucesos claramente dibujado.

Todo eso, sin embargo, cambió el pasado mes de febrero, cuando los investigadores de LIGO anunciaron la primera detección directa de ondas gravitacionales, pequeñas ondulaciones en el tejido espaciotemporal. Las ondas detectadas se habían generado cuando dos agujeros negros muy cercanos se fusionaron en uno solo, un auténtico “mazazo” en el espacio tiempo, comparable a la piedra que tiramos al centro de un estanque y que provoca ondas que se extienden hasta las orillas.

Poco tiempo antes de ese histórico anuncio, sin embargo, un equipo de investigadores dirigidos por Vitor Cardoso, del Instituto Técnico Superior de Lisboa, había propuesto que si realmente existiera alguna desviación extraña de lo que manda la relatividad general (como el citado cortafuegos), entonces las fusiones de dos agujeros negros deberían producir, además de ondas gravitacionales, también una serie de ecos, justo después de la emisión inicial de las ondas.

Los ecos surgirían porque un cortafuegos, o cualquier otro tipo de estructura en el borde del agujero, crearía una zona borrosa alrededor del agujero negro. El borde interno de esa zona sería el horizonte de sucesos convencional, la frontera más allá de la cual nada puede regresar. El borde externo, sin embargo, sería más poroso, y permitiría que, dependiendo del ángulo de aproximación, algunos fotones pudieran escapar de las fauces del agujero. El efecto también atraparía parcialmente a las ondas liberadas durante la fusión del agujero negro, que rebotarían, adelante y atrás, entre el borde interior y el borde exterior, escapando unas pocas cada vez.

Paredes de espejo

Con estas premisas, el equipo de investigadores desarrolló un modelo en el que un agujero negro estaba rodeado por paredes de espejo en lugar de por un horizonte de sucesos convencional, y le aplicaron después las propiedades de las tres fusiones de agujeros negros detectadas hasta ahora por LIGO. El experimento reveló que, si los agujeros negros tenían efectivamente algún tipo de estructura en sus bordes, los intervalos de tiempo entre ecos repetidos deberían ser, exactamente, de 0,1,0,2 y 0,3 segundos. Solo quedaba comprobar si, efectivamente, esos intervalos existían en los datos reales de LIGO.

Y así fue. La liberación de ondas gravitacionales en las tres fusiones de agujeros negros estudiadas hasta el momento por LIGO fue seguida por ecos sucesivos que se producían, exactamente, en esos intervalos temporales. Por supuesto, los ecos podrían no ser más que una fluctuación estadística, en cuyo caso la probabilidad de verlos sería solo de 1 entre 270. Para estar seguros de que no se trata de simple ruido, será necesario buscar esos mismos ecos en futuras detecciones de eventos de fusión de agujeros negros. Y lo bueno es que la sensibilidad de detección de datos ha sido mejorada en LIGO, por lo que las próximas detecciones serán mucho más precisas. Los investigadores creen que podrán confirmar la existencia de estos ecos (y por tanto la validez, o no, de la relatividad general en esos eventos) en un plazo máximo de dos años.

En definitiva, lo descubierto hasta ahora no pasa de ser una “tentadora sugerencia” de que la relatividad general podría no funcionar en los bordes de los agujeros negros, y que en esas condiciones debería dejar el campo libre para la física cuántica. ¿Quién ganará al final? Queda poco para averiguarlo.

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ABC

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