Los detectores de agujeros negros cumplen la ley de Moore

Por Imre Bartos & Mercado de Szabolcs

En 1965, el ingeniero y futuro cofundador de Intel, Gordon Moore, se dio cuenta de que la cantidad de transistores en los microchips había estado creciendo exponencialmente durante varios años y predijo que su aumento imparable impulsaría a partir de entonces la informática. Ahora conocido como «Ley de Moore”, este notable pronóstico se ha mantenido en gran medida desde entonces.

Dados los constantes cambios y avances en la fabricación de microchips, una tendencia constante de crecimiento exponencial parece poco menos que milagrosa. Pero, de hecho, varios otros ámbitos de la innovación tecnológica también muestran esta tendencia. Uno de los que nos resulta más interesante (y que, hasta ahora, se ha pasado por alto en gran medida) es el desarrollo en curso de una tecnología, llamada antenas de ondas gravitacionales, que detecta agujeros negros distantes.

Agujeros negros Se forman cuando la gravedad es tan fuerte que ninguna otra fuerza de la naturaleza puede detener el colapso de la materia. La mayoría de las veces nacen de la muerte de estrellas masivas, que tienen suficiente materia y densidad para provocar El colapso gravitacional descontrolado. Y esos agujeros negros de masa estelar (o mayor) perduran durante períodos de tiempo muy largos—prácticamente para siempre, en comparación con la vida de cualquier estrella. Por eso, los agujeros negros son bastante ubicuos en el universo; se calcula que existen muchos millones tan solo en nuestra galaxia.

Como estos extraños objetos tienen una gravedad extremadamente fuerte, atraen todo lo que se acerca a ellos, incluso la luz, de ahí el nombre de agujero negro. Si bien esto los hace excepcionalmente interesantes, también los hace difíciles de observar. Afortunadamente, podemos estudiarlos en virtud de sus ondas gravitacionales, ondulaciones que se propagan a través del espacio y que surgen cuando un agujero negro se acelera. Detectar estas ondas en la Tierra Se utilizan instrumentos sofisticados que detectan las perturbaciones del espacio causadas por el paso de las ondas. Estos cambios son casi inconcebiblemente minúsculos: por ejemplo, la distancia entre el Sol y la Tierra (¡unos 150 millones de kilómetros!) cambia menos que el grosor de un cabello humano cuando pasa una onda gravitacional cósmica típica.

Cuanto más se acelera un agujero negro, más fuertes serán las ondas gravitacionales que emita y, por lo tanto, más fácil será detectarlas aquí en la Tierra. Resulta que la mejor manera de acelerar un agujero negro es colisionarlo con otro agujero negro. colisiones de un juego de billar cósmico Son actualmente nuestra principal fuente de información sobre los agujeros negros.

El desarrollo de la tecnología para detectar la colisión de agujeros negros comenzó en la época en que Moore hizo su famosa predicción, en la década de 1960. No fue ni fácil ni barato. Si bien los detectores mejoraron con el tiempo, se necesitó más de medio siglo y más de mil millones de dólares para lograr la primera detección real, en 2015. Sin embargo, desde entonces, la rápida mejora de los detectores ha traído consigo nuevas detecciones:nuevos descubrimientos—a un ritmo cada vez mayor, y hasta el día de hoy se han reportado alrededor de 100 colisiones de agujeros negros confirmadas.

Así como Moore utilizó el número de transistores en un microchip para cuantificar el progreso tecnológico, nosotros proponemos utilizar la tasa de colisiones detectadas para cuantificar el avance de los detectores de agujeros negros. Utilizando esta métrica, hemos estudiado los resultados del detector de agujeros negros más sensible, llamado Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), y su actualización planificada llamada Cosmic Explorer, todo para cuantificar el desempeño pasado y pronosticar mejoras futuras. Medimos el desempeño por el número real o esperado de colisiones detectadas por año de observación, comenzando en 2000 y extendiéndonos hasta después de 2040.

Descubrimos que la tasa de mejora tecnológica puede describirse de manera notable como un crecimiento exponencial, que comenzó con el primer descubrimiento en 2015 y se proyecta a unas dos décadas en el futuro. La tasa de detecciones se ha duplicado aproximadamente cada dos años. Y, siempre que se construya y opere realmente el Cosmic Explorer o su equivalente, esa tendencia continuará durante bastante tiempo. Al parecer, la ley de Moore también se aplica a los detectores de agujeros negros.

Mejorar y operar los detectores de agujeros negros requiere una inversión continua, un requisito que se cumplió en esencia durante el último cuarto de siglo. Cabe destacar que la mejora exponencial en la tasa de detección no vino acompañada de un aumento sustancial del costo anual. Esto también significa que la detección se está volviendo enormemente más barata, otro aspecto crucial de la ley de Moore, que predice no solo que la densidad de transistores en microchips crece exponencialmente, sino también que lo hace con aumentos mínimos en el costo. Si bien el costo efectivo de encontrar una colisión de agujeros negros en el momento del primer descubrimiento, en 2015, era de aproximadamente 2 millones de dólares, hacia 2035 una detección de ese tipo debería costar menos de 2.000 dólares.

Así como la mejora de los microchips ha transformado prácticamente todos los aspectos de nuestras vidas desde la predicción de Moore, también el rápido avance en la detección de agujeros negros puede transformar nuestra forma de entender el universo. Desde descubrimientos revolucionarios sobre la naturaleza de la gravedad o la vida y muerte de las estrellas hasta vislumbrar el destino final del cosmos, esta nueva y creciente ventana al universo Sin duda cambiará muchas de nuestras creencias astronómicas.

Si bien la importancia de los nuevos descubrimientos es difícil de cuantificar, una medida de la importancia de las colisiones de agujeros negros dentro de la ciencia puede ser el número de científicos involucrados directamente con los detectores de agujeros negros. Si observamos el número de autores de publicaciones científicas del equipo del detector LIGO (junto con los detectores de agujeros negros colaboradores Virgo y KAGRA), vemos que se ha quintuplicado entre 2004 y 2024.

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Si bien los microchips y los detectores de agujeros negros dependen de tecnologías muy diferentes, su mejora exponencial similar a lo largo del tiempo puede indicar tendencias tecnológicas más generales y la naturaleza del progreso humano. Por ejemplo, si bien nadie pretende fijar una tasa fija de crecimiento exponencial para la sensibilidad de los detectores de agujeros negros, puede resultar difícil justificar la financiación de una mejora tecnológica a menos que el resultado sea notablemente mejor que lo que ya está disponible.

Si el crecimiento exponencial es de hecho una tendencia tecnológica más general, puede traer beneficios más allá de los incorporados en los dispositivos que ahora tenemos en nuestras manos. Establecer expectativas para el estado futuro de la tecnología puede ayudar en gran medida a la planificación necesaria para convertirla en realidad, como se hizo una y otra vez con los microchips y la informática. Tal vez, así como el avance tecnológico exponencial ha revolucionado la informática y ahora transforma la astronomía de ondas gravitacionalesEn los próximos años veremos algo similar. progreso radical También se están desarrollando otros campos, como la biotecnología y las comunicaciones. Comprender las promesas y los peligros de estas poderosas tendencias puede ser una preparación crucial para nuestro valiente nuevo futuro, sea cual sea.

Este es un artículo de opinión y análisis, y las opiniones expresadas por el autor o autores no son necesariamente las de Científico americano.