En febrero, los astrónomos hicieron un descubrimiento monumental. Casi 100 años después de que Albert Einstein las predijera por primera vez, los investigadores detectaron ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio-tiempo irradiadas tras la fusión de dos agujeros negros.
Fue una sorprendente confirmación de la teoría general de la relatividad de Einstein, pero en un giro inesperado, el descubrimiento también ha proporcionado la primera posible evidencia del incumplimiento de su teoría en el horizonte de eventos de los agujeros negros.
Desde febrero, el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO por sus siglas en inglés) ha observado tres incidentes de ondas gravitacionales en total. Ahora, los investigadores han estudiado estos datos y afirman haber encontrado evidencia de «ecos» en las olas que desafían las predicciones de Einstein sobre los agujeros negros.
Confirmación de la existencia de ondas gravitacionales por el Observatorio LIGO.
De momento, la evidencia, aparecida en arXiv.org, está por debajo del margen de error crucial de 5 sigmas, que es el estándar de oro en el mundo de la física, que implica que exista una probabilidad de entre 3,5 millones de que el resultado pueda ser una casualidad.
Pero si investigaciones ulteriores demuestran que estos «ecos» realmente están allí, sería un hito enorme para la física. Ya se piensa que la relatividad general se incumple en el centro de los agujeros negros, pero esto demostraría que también falla en los bordes. Y eso podría anunciar el nacimiento de un nuevo tipo de física.
«Las detecciones hechas por LIGO, y la expectativa de muchas más, ofrecen una oportunidad emocionante de investigar un nuevo régimen de la física», explicó Steve Giddings, investigador de agujeros negros de la Universidad de California, Santa Bárbara, que no participó en el estudio, a Zeeya Merali para Nature.
Si los ecos desaparecen, la relatividad general habría resistido otra prueba. Durante décadas, los físicos han estado tratando de hallar inconsistencias en la teoría, procurando encontrar maneras en que podría ser más compatible con la mecánica cuántica, pero hasta ahora, la versión original de Einstein ha resistido increíblemente bien.
Pero antes de que nos dejemos llevar, ¿qué son estos «ecos» y qué tienen que ver con la relatividad general?
Todo se reduce a algo llamado la paradoja de la información del agujero negro.
Según la teoría general de la relatividad de Einstein, cualquier cosa que cruza el horizonte de un agujero negro debe desaparecer, sin dejar huella. Según el pensamiento tradicional, ni siquiera la luz puede escapar de un agujero negro; de ahí el nombre de «negro».
Más recientemente, sin embargo, los investigadores han cuestionado esa idea, ya que de acuerdo con la mecánica cuántica, la materia tragada por un agujero negro en realidad dejaría un rastro de sí mismo en el exterior.
Entonces, ¿cómo puede el horizonte de sucesos satisfacer tanto la relatividad general (y destruir todo lo que pasa por su frontera) como la mecánica cuántica (dejar algún rastro de ella)?
Este es uno de los mayores problemas de la física, y los científicos aún no tienen una respuesta.
Una explicación es la hipótesis del cortafuegos, propuesta en 2012, que sugiere que existe un anillo de partículas de alta energía que rodean el horizonte de sucesos de un agujero negro que quema cualquier materia que lo cruza.
El físico Stephen Hawking propuso una idea diferente: que los agujeros negros están rodeados de un suave pelo. El «pelo» son excitaciones cuánticas de baja energía que almacenan una firma de todo lo que ha sido tragado por el agujero negro.
Independientemente de la hipótesis que creas que es la más convincente, el mensaje general es el mismo: en lugar de un horizonte de eventos nítido predicho por la relatividad general, los agujeros negros podrían ser «más esponjosos» de lo que imaginábamos.
El único problema es que no hemos podido probar ninguna de estas ideas hasta que LIGO detectó las ondas gravitacionales a principios de este año.
Ahora, con los últimos datos en la mano, un equipo de investigadores internacionales ha propuesto una manera de medir lo que está sucediendo alrededor de los agujeros negros.
La predicción es que, si los bordes de los agujeros negros realmente desafían la relatividad general y son difusos, entonces deberían lanzar una serie de ecos después de la explosión inicial de la onda gravitacional.
Eso es porque el equipo predice que la difusión que rodea un agujero negro actuará como una sala de espejos, atrapando algunas de las ondas gravitacionales que escapan de la fusión de agujeros negros y rebotándolas un poco, por lo que sólo unas pocas escapan a la vez, lo que significa que habrían llegado a LIGO un poco más tarde.
Según los cálculos del equipo, estos ecos habrían sido detectados por LIGO 0,1, 0,2 y 0,3 segundos después de la explosión inicial de la onda gravitacional, y eso es exactamente lo que muestran los datos.
Esto sucedió no sólo después de la primera explosión de onda gravitacional detectada en febrero, sino de los tres eventos vistos desde entonces.
Por supuesto, tres ráfagas de ondas gravitacionales es una muestra de un tamaño muy pequeño. Y existe la posibilidad de que estos ecos sean sólo un tipo de ruido de fondo: existe alrededor de una probabilidad entre 270, para ser exacto, o 2.9 sigma, pero otras observaciones deberían ayudar a reducir esa probabilidad.
«Lo bueno es que pronto llegarán los nuevos datos de LIGO con sensibilidad mejorada, por lo que deberíamos ser capaces de confirmar esto o descartarlo dentro de los próximos dos años», dijo la investigadora Niayesh Afshordi a Nature.
Incluso si los ecos pueden ser confirmados, todavía no proporcionan ninguna luz sobre qué clase de frontera borrosa pueden tener realmente los agujeros negros, así que tenemos un largo camino por recorrer antes de que se resuelva la paradoja de la información.
Pero una cosa es segura: el descubrimiento físico del año se acaba de volver aún más prometedor.
Artículo original publicado por ScienceAlert. Revisado y traducido por ¡QFC!
