Las ondas gravitacionales revelan el canibalismo de los agujeros negros

Para los astrónomos, fue el mejor regalo de Navidad.

Era la tarde del 25 de diciembre en EE.UU. cuando los detectores del experimento LIGO, los mismos que tres meses antes habían registrado por primera vez las ondas gravitacionales predichas por Einstein hace un siglo, captaron una segunda señal. Una pequeña distorsión del espacio causada por el paso fugaz de una onda de gravedad.

Procedía, según los análisis realizados en las semanas siguientes, de dos agujeros negros que se habían devorado entre ellos en una galaxia lejana, a una distancia de 1.400 millones de años luz de la Tierra. Los agujeros negros eran más pequeños que los que habían generado las ondas gravitacionales detectadas en septiembre. Tenían masas equivalentes a 8 y 14 masas solares, en lugar de las 29 y 36 del primer episodio.

Pero que fueran más pequeños tiene sus ventajas. Significa que la atracción entre los agujeros negros no fue tan brutal y que, por lo tanto, emitieron ondas detectables durante más tiempo. Si el 14 de septiembre la señal se había apagado en dos décimas de segundo, el 25 de diciembre se prolongó durante un segundo entero, lo que ha permitido obtener datos de la danza de los agujeros negros en sus 27 últimas órbitas antes de la cópula final.

Con esta nueva observación, “podemos afirmar que la era de la astronomía de las ondas gravitacionales se ha iniciado”, ha declarado Gabriela González, coordinadora del consorcio científico LIGO y astrofísica de la Universidad del Estado de Luisiana (EE.UU.), en una rueda de prensa transmitida por streaming.

Si hasta ahora la exploración del Universo se ha limitado a las ondas electromagnéticas, como la luz de las estrellas o la radiación infrarroja de las galaxias lejanas, las ondas gravitacionales abren una ventana a una vertiente del cosmos desconocida. “El futuro va a estar lleno de fusiones de agujeros negros”, ha vaticinado en la rueda de prensa Dave Reitze, investigador del Instituto de Tecnología de California y director ejecutivo de LIGO.

Si se cumplen las expectativas, las ondas gravitacionales revelarán otros fenómenos nunca observados como fusiones de estrellas de neutrones o lo que ocurrió en los primeros 300.000 años de la historia del Universo, que son invisibles para las ondas electromagnéticas.

“Nunca hubiera imaginado que seríamos tan afortunados de tener, no sólo una, sino dos detecciones definitivas de agujeros negros binarios en los primeros meses de observaciones”, declara Chad Hanna, codirector del equipo de investigación de LIGO que ha detectado las ondas gravitacionales, en un comunicado difundido por la Universidad del Estado de Pensilvania (EE.UU.).

Según los datos presentados en el congreso de la Sociedad Astronómica Americana en San Diego, que se publicarán próximamente en la revista Physical Review Letters, la fusión de los agujeros negros de 8 y 14 masas solares dio lugar a un agujero negro más grande, de 21 masas solares.

Dado que ocho y catorce suman 22, y no 21, esto significa que una masa equivalente a la del Sol se perdió en la fusión y se convirtió en energía en forma de ondas gravitacionales.

Estas ondas, según la teoría de la relatividad general de Einstein, se generan siempre que una masa experimenta una aceleración. Sin embargo, son tan tenues que sólo se pueden detectar cuando masas extremadamente grandes experimentan aceleraciones extremadamente fuertes. Es lo que ocurre precisamente en la fase final de la fusión de dos agujeros negros.

La detección se basa en que, siempre según la teoría de la relatividad, las ondas gravitacionales distorsionan el espacio-tiempo. Aunque suene antiintuitivo, Einstein introdujo la idea de que el espacio no está vacío sino que es como un tejido por el que se propagan las ondas. Así, cuando pasa una onda gravitacional entre dos puntos, el espacio entre ellos se alarga.

Esta es la idea que se ha confirmado con el experimento LIGO (iniciales en inglés de Observatorio de ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser): la tarde del 25 de diciembre –o madrugada del 26 en Europa– se detectó una muy ligera distorsión del espacio. El fenómeno se registró, con 1,1 milisegundos de diferencia, en dos detectores separados por 3.000 kilómetros, lo que indica que la señal provenía del espacio. Se registró primero en el detector LIGO de Livingston (en el estado de Luisiana, en el sureste de EE.UU.) e inmediatamente después en el de Hanford (estado de Washington, noroeste de EE.UU.).

Según los análisis realizados por los investigadores del consorcio LIGO, la onda gravitacional de la tarde de Navidad podría no ser la segunda sino la tercera captada por los detectores de Livingston y Hanford. Una anomalía registrada el 12 de octubre indica una probable fusión de dos agujeros negros, con masas equivalentes a 13 y 23 soles, a más de 4.000 millones de años luz de la Tierra –el triple de lejos que las otras dos señales detectadas-. Pero al ser tan lejana, “la señal es tan tenue que no podemos afirmar de manera categórica que sea una onda gravitacional”, informa Alicia Sintes, astrofísica de la Universitat de les Illes Balears y miembro del consorcio LIGO.

Aunque esta tercera señal no se pueda confirmar, “el futuro de la astronomía de ondas gravitacionales es brillante”, vaticina Chad Hanna, de la Universidad del Estado de Pensilvania.

“Es incluso poético –observó en la rueda de prensa Rick Fiennberg, de la Sociedad Astronómica Americana– que el año 2015, que las Naciones Unidas habían designado como Año Internacional de la Luz en parte como homenaje a Einstein, terminara con Eintein haciéndonos un regalo de Navidad”.