En febrero de este año, los astrónomos hicieron un descubrimiento monumental. Casi cien años después de su predicción por Albert Einstein, los científicos finalmente descubrieron ondas gravitacionales, "ondas en el espacio-tiempo", iluminadas por la radiación de dos agujeros negros fusionados. Esta observación fue una confirmación muy clara de la teoría general de la relatividad de Einstein, pero al mismo tiempo, este evento fue una prueba audaz de que las leyes de esta teoría dejan de funcionar tan pronto como alcanzan el horizonte de eventos de los agujeros negros.
Desde febrero de este año, el Observatorio de Ondas Gravitacionales Interferométricas Láser (LIGO) ha visto ondas gravitacionales un total de tres veces. Los investigadores finalmente han examinado de cerca los hallazgos y ahora afirman haber encontrado evidencia de los llamados "ecos" dentro de las ondas que desafían las predicciones de Einstein sobre los agujeros negros.
Estas declaraciones se publican actualmente en la biblioteca científica en línea ArXiv.org, donde pueden ser analizadas por otros miembros de la comunidad de físicos antes de ser presentadas a revisión por pares. Por lo tanto, existe una probabilidad muy real de que se encuentren hechos nuevos en el marco de una mirada externa a los datos de las observaciones de estos ecos. Además, la evidencia presentada se proporcionó con una precisión de 5 Sigma, que es el estándar de oro en el mundo de la física. Esto significa que en 3,5 millones existe la posibilidad de que las observaciones sean pura coincidencia.
Sin embargo, si otros estudios muestran que este "eco" está realmente presente, entonces para la física será un gran evento. Anteriormente, se ha sugerido que las leyes de la relatividad general se hacen añicos al acercarse al centro de los agujeros negros, pero este descubrimiento mostrará que las leyes también dejan de funcionar en los límites de estos fenómenos espacio-temporales. Si es así, entonces este puede ser el comienzo del nacimiento de las leyes de una física completamente nueva.
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“El descubrimiento de LIGO y otras organizaciones en perspectiva ofrece una oportunidad increíble para explorar nuevas leyes físicas”, dice Steve Giddings, investigador de agujeros negros de la Universidad de California en Santa Bárbara, que no participó en el estudio descrito hoy.
Si los ecos resultan ser ficticios, entonces la relatividad general solo necesitará pasar otra prueba. Durante décadas, los físicos han intentado modificar los agujeros negros en esta teoría, tratando de encontrar formas de integrarlos con la mecánica cuántica, pero la teoría de Einstein ha funcionado bien hasta ahora.
Pero antes de continuar con la discusión, entendamos qué son estos ecos y cómo se relacionan con la relatividad general.
Todo se reduce a la llamada paradoja de la información de los agujeros negros. Según la teoría de Einstein, todo lo que cruza el horizonte de sucesos de los agujeros negros debería desaparecer, sin dejar nada atrás. En el sentido tradicional, esto significa que nada, ni siquiera la luz, puede salir de un agujero negro (de ahí, dicho sea de paso, el nombre de este objeto).
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Recientemente, los científicos se han sentido sumamente perplejos al probar esta teoría. De hecho, de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, la materia absorbida por un agujero negro puede dejar un rastro en forma de información. Entonces, ¿cómo se puede describir el horizonte de eventos simultáneamente tanto desde el punto de vista de la relatividad general (todo se destruye después de cruzar sus límites), como desde el punto de vista de la mecánica cuántica (desde el objeto, su información permanece)?
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Esta pregunta es una de las más difíciles de la física moderna y los científicos aún no pueden encontrar una respuesta.
Una explicación sugerida es la hipótesis del cortafuegos de 2012, que sugiere que hay anillos de partículas altamente cargadas alrededor del horizonte de eventos, que incineran cualquier materia que pase a través de ellas.
El físico Stephen Hawking tiene una suposición diferente. Él cree que los agujeros negros pueden estar rodeados de "pelo" suave (el pelo, por supuesto, se utiliza aquí como metáfora). Estos "pelos" representan perturbaciones cuánticas de baja carga y almacenan en sí mismas firmas (información, si se quiere) de todo lo que alguna vez cayó en un agujero negro.
Independientemente de la hipótesis a la que esté más inclinado, su mensaje principal es el mismo: en lugar del horizonte de eventos limpio predicho por la relatividad general, los límites de los agujeros negros pueden ser mucho más complejos y borrosos de lo que imaginamos. Y el principal problema aquí fue que no tuvimos la oportunidad de verificar de alguna manera estos supuestos. Hasta que LIGO detectó ondas gravitacionales.
Ahora, con los datos disponibles, un equipo internacional de investigadores propone una forma de averiguar qué está sucediendo alrededor de los agujeros negros. De acuerdo con el nuevo supuesto, si los horizontes de eventos de los agujeros negros no se prestan realmente a las leyes de la relatividad general, entonces los ecos deberían permanecer después de las ondas gravitacionales iniciales.
Según los investigadores, será posible detectarlos gracias a los “pelos” que rodean el agujero negro, que se encuentran en estado de excitación y se comportan en este momento como espejos. Capturan algunas de las ondas gravitacionales que escapan del agujero negro, las envuelven, transmitiendo parte de su estado de perturbación y luego pueden ser detectadas por instrumentos como LIGO.
Según los cálculos de los científicos, estos ecos podrían detectarse utilizando LIGO 0,1 y 0,3 segundos después de la liberación inicial de la onda gravitacional. Y - ¡he aquí! ¡Los científicos se han convertido en testigos de esto! Además, el evento se observó no solo en el marco de la primera detección de ondas gravitacionales en febrero de este año, sino también en el marco de las tres observaciones de ondas gravitacionales de este año.
Por supuesto, debe entenderse que los tres eventos difícilmente pueden llamarse datos estadísticos fiables. Entonces, aunque existe la posibilidad de que estos ecos fueran algún tipo de ruido de fondo (1 en 270 casos, o error de 2.9 Sigma), más observaciones ayudarán a los investigadores a construir una base de evidencia más sólida.
"La buena noticia es que la claridad y la sensibilidad de LIGO mejorarán significativamente pronto, por lo que tenemos una oportunidad más sólida durante los próximos dos años para confirmar o negar estas observaciones", dijo el investigador principal Niaesh Afshordi.
Incluso si los ecos se pueden confirmar, no responderán a la pregunta de qué nivel de borrosidad tienen los límites de los agujeros negros. Por tanto, la solución de la paradoja de la información se ha pospuesto por ahora. Hasta ahora, una cosa está clara: uno de los descubrimientos más importantes en física de este año se ha vuelto aún más tentador.
NIKOLAY KHIZHNYAK
