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Colisión “inminente” de dos agujeros negros (y tenemos tecnología para sentir el zambombazo)


(Tiempo de lectura: 3 - 6 minutos)
Imagen creada como simulación de una colisión de dos agujeros negros (NASA Goddard) NASA Imagen creada como simulación de una colisión de dos agujeros negros (NASA Goddard) NASA

Dos agujeros negros se encuentran en trayectoria de colisión y el choque tendrá lugar en los próximos tres años. A escala cósmica, tres años significa inminente. La colisión podría pasar a la historia como uno de los grandes eventos astronómicos modernos.

No es la primera vez que ocurre este colosal fenómeno, ni tampoco la primera que lo podemos observar. Ocurrió en 2016, pero nos pilló un poco de sorpresa. En aquella ocasión, los observatorios LIGO, Virgo y GEO600 anunciaron la primera detección de ondas gravitacionales producidas por la fusión de dos agujeros negros.

Esta vez, sin embargo, expertos de todo el planeta estarán atentos observando para captar en directo el zambombazo del choque de dos agujeros negros en todo su esplendor.

El Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) participó en la detección de las ondas gravitacionales que mereció un Premio Nobel.

La singularidad de un agujero negro

Le debemos a un clérigo inglés, John Michell, a finales del siglo XVIII, el concepto de agujero negro como un cuerpo de una masa tal que la luz no puede escapar de él. La idea de John Michell quedó en la trastienda ya que por aquel entonces empezaba a pensarse que la luz era una onda y no un partícula, así que, al no tener masa, la gravedad no debía afectarle. Dos siglos más tarde, a principios del siglo XX, Albert Einstein recuperó esta teoría argumentando que la luz en unas ocasiones se comportaba como una onda y en otras como partícula, postulando la dualidad onda-partícula de la luz, que resultó ser cierta.

Diez años más tarde, en 1915, el mismo Albert Einstein publicó su Teoría de la Relatividad General y demostró que la luz se veía afectada por la gravedad, curvando su trayectoria en el espacio-tiempo al pasar por las cercanías de objetos masivos. La luz realmente viaja siempre en línea recta (geodésica) pero las líneas rectas en las cercanías de un objeto masivo, como un agujero negro, no son como nosotros pensamos.

No emiten luz pero se pueden ver

Así, estamos ante una región finita del espacio cuya densidad de masa es tan elevada que genera una atracción gravitatoria de la cual no puede escapar ni siquiera la luz, viéndose atraída y cayendo sin remedio en la singularidad gravitacional.

Pero, si ni siquiera la luz puede escapar de ellos, ¿cómo podemos verlos?

Hay al menos dos maneras de observar agujeros negros. En primer lugar, podemos conocer el efecto que su gravedad tiene en los objetos a su alrededor. Por ejemplo, en el centro de la Vía Láctea existe un punto oscuro alrededor del cual orbitan millones de estrellas. Este punto oscuro es un agujero negro, Sagitario A*.

De hecho, con gran probabilidad, en el centro de la mayoría de las galaxias hay un agujero negro.

Charles Messier, M24, una brecha en las nubes de polvo interestelar en Sagitario, la región situada en el centro de la Vía Láctea. NASA. Roberto Colombari, CC BY

Observar la materia que cae dentro

También podemos observar la materia que cae en un agujero negro. A medida que la materia se acerca, se genera lo que se llama disco de acreción, constituido por polvo y gas que gira alrededor del agujero negro y que, finalmente, tiende a caer en su interior.

Este disco de materia se acelera tanto que la radiación que emite se encuentra en el rango de los rayos X, que podemos observar con el instrumental adecuado.

En la famosa imagen del agujero negro Gargantúa que aparece en la película Interestellar o en la primera imagen real de un agujero negro, obtenida gracias a la colaboración de más de 200 investigadores de todo el mundo (15 españoles), liderados por Katie Bouman, lo que se observa precisamente es el disco de acreción.

Primera imagen de un agujero negro. Telescopio Horizonte de Sucesos.

Un baile que acabará en choque de titanes

Los agujeros negros a punto de colisionar se encuentran en la galaxia SDSS J1430+2303, en la constelación de Bootes. Es una galaxia elíptica con una masa acumulada de 150 mil millones de soles.

Los dos agujeros negros a punto de colisionar se encuentran en la galaxia SDSS J1430+2303, situada a 1 000 millones de años luz de la Tierra.

Las fluctuaciones que los astrónomos han detectado en el centro de SDSS J1430+2303 hacen pensar que dos agujeros negros supermasivos situados en su interior colisionarán en el intervalo de los próximos 3 años.

La colisión realmente aconteció hace 1 000 millones de años pero su efecto y por lo tanto la posibilidad de observarlo nos llegarán ahora a la Tierra.

La fusión de estos agujeros negros, de una masa equivalente a 200 millones de soles, permitirá estudiar la formación de nuevas estructuras cósmicas y cómo los agujeros aumentan su tamaño, entre otros fenómenos.

Dos agujeros negros orbitando el uno al otro. Wikipedia.

El espacio-tiempo temblará un poquito

En el instante en que ambos agujeros negros entren en contacto y se fusionen se producirán varios fenómenos. En primer lugar, el espacio-tiempo a su alrededor se verá sacudido generando ondas gravitacionales, como si lanzásemos una piedra a un estanque en el que se generasen ondas sobre el agua.

Las ondas gravitacionales viajarán en todas las direcciones del espacio a la velocidad de la luz, así que podremos observar cualquier efecto luminoso que tenga lugar durante la fusión de los dos colosos, a la vez que se detectan las ondas gravitacionales.

Investigadores y científicos de todo el mundo tienen ya telescopios e interferómetros preparados para captar el evento. El choque no va a afectar a nuestra vida cotidiana pero sí que volverá a poner a prueba las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General y puede que nos revele aspectos desconocidos hasta el momento del cosmos y sus moradores.

Esta será la primera vez que la humanidad podrá ver en directo la colisión de dos agujeros negros. La fecha prevista: el año 2023. Sentiremos el zambombazo en el espacio-tiempo.The Conversation

Francisco José Torcal Milla, Profesor Titular del Departamento de Física Aplicada, Universidad de Zaragoza

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.

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