El choque de ondas gravitacionales más fuerte jamás escuchado nos ha ofrecido una idea de los horizontes de sucesos, los límites más allá de los cuales nada puede escapar de las garras de los agujeros negros.
La señal de onda gravitacional GW250114 fue captada en enero de 2025 por LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser), Virgo y KAGRA (Detector de ondas gravitacionales Kamioka). La señal se creó cuando dos agujeros negros con alrededor de 32 veces la masa del sol chocaron y provocaron ondulaciones en el tejido mismo del espacio.
Ahora, un equipo de investigadores evaluó esta señal y encontró una característica en las ondas gravitacionales que representa el horizonte de sucesos colectivo de los agujeros negros involucrados en el mismo momento de esa colisión.
“Medimos el último sonido que hicieron los agujeros negros cuando chocaron. Escondido dentro de esa señal hay un pequeño componente, llamado ondas directas, que no se había entendido bien hasta ahora”, dijo en un comunicado el codirector de la investigación Neil Lu, del Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav). “Nuestro nuevo análisis nos permite descifrar este componente y extraer información única cercana al horizonte de eventos”.
La investigación del equipo presenta la intrigante posibilidad de que los científicos puedan utilizar ondas gravitacionales para estudiar estos misteriosos límites de los agujeros negros.
Horizontes de sucesos y el punto sin retorno
El concepto de horizonte de sucesos surgió por primera vez a través de soluciones a las ecuaciones de la teoría de la gravedad de Albert Einstein de 1915, la relatividad general. Estas soluciones fueron desarrolladas por Karl Schwarzschild mientras servía en el ejército alemán en el frente oriental en la Primera Guerra Mundial.
Schwarzschild encontró un punto alrededor de un cuerpo con masa en el que la velocidad de escape, la velocidad necesaria para escapar del control gravitacional de ese cuerpo, excede la velocidad de la luz. También conocido como radio de Schwarzschild, el tamaño de ese límite depende de la masa del cuerpo. Entonces, el radio de Schwarzschild del Sol estaría a aproximadamente 3 kilómetros (1,86 millas) de su centro de masa; para la Tierra, estaría a sólo 0,35 pulgadas (9 milímetros) del centro de masa de nuestro planeta. Ese es el caso de todos los planetas y estrellas; el radio de Schwarzschild está dentro de los cuerpos de esos objetos.
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Sin embargo, para un agujero negro, el radio de Schwarzschild está lejos del centro de masa, actuando como un límite exterior que atrapa la luz: el horizonte de sucesos. Para escapar del control gravitacional de un agujero negro desde este punto, la materia tendría que acelerar a una velocidad más rápida que la velocidad de la luz, lo que según la teoría de la relatividad especial de Einstein requeriría energía infinita. Nada en el universo viaja más rápido que la luz; por tanto, nada escapa al horizonte de sucesos.
Para entender por qué esto envuelve un agujero negro en misterio, considere cómo ninguna señal puede viajar más rápido que la luz. Eso significa que el horizonte de eventos es una barrera unidireccional para la información. Un agujero negro puede tragárselo, pero el horizonte de sucesos le impide escupir información. Nunca podremos observar el interior de un agujero negro.
No es de extrañar que los científicos estén tan interesados en estudiar los horizontes de sucesos y lo que sucede allí. No sólo quieren comprender la física de la materia embarcada en un viaje de ida hacia las fauces de un agujero negro, sino también el efecto que estos titanes cósmicos tienen sobre la estructura misma del espacio.
La inmensa influencia gravitacional de los agujeros negros significa que, a medida que giran, arrastran consigo el tejido mismo del espacio, un fenómeno llamado “arrastre de fotogramas” o efecto Lense-Thirring. Esto introduce otra regla sobre los horizontes de sucesos: no sólo nada escapa a este límite, sino que tampoco nada permanece quieto. Esta investigación acerca a los científicos un paso más hacia la comprensión de esas reglas con mayor detalle que nunca.
“Estudiamos GW250114, la señal binaria de agujero negro más fuerte observada hasta la fecha, aproximadamente tres veces más fuerte que la primera señal de onda gravitacional detectada hace una década”, dijo el codirector del equipo Ling Sun de OzGrav. “Nuestro análisis muestra que esta señal excepcionalmente fuerte puede usarse como una poderosa sonda del horizonte del agujero negro remanente, permitiéndonos medir sus dos propiedades fundamentales: la frecuencia de rotación y la gravedad superficial”.
Los resultados también podrían arrojar más luz sobre el comportamiento de la gravedad en el entorno más extremo del universo, en el borde mismo de un agujero negro.
“Estas mediciones marcan un primer paso hacia futuras pruebas de la relatividad general con ondas directas”, afirmó Lu.
La investigación fue publicada el miércoles (24 de junio) en la revista Nature.