MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Física

Cómo fusionar dos agujeros negros de forma sencilla

English
  • Facebook
  • Delicious
  • Meneame
  • Arroba

Las fusiones de dos agujeros negros, como las que produjeron las ondas gravitacionales descubiertas por el observatorio LIGO, se consideran procesos complejísimos que solo se pueden simular con los superordenadores más potentes del mundo. Sin embargo, dos físicos teóricos de la Universidad de Barcelona han demostrado que con ecuaciones sencillas se puede explicar lo que ocurre en la frontera espacio-temporal de los dos objetos en fusión, al menos cuando se une un agujero negro gigante con otro diminuto.

Más información sobre:
agujeros negros
ondas gravitacionales
física teórica
cosmología

SINC | | 07 septiembre 2016 08:00

<p>Fusión de dos agujeros negros, en la que uno es tan grande que solo se muestra una porción casi plana de él, mientras el otro, más pequeño, cae y es absorbido por él. / <a href="http://www.agenciasinc.es/En-exclusiva/PROGRAMADOS/Como-fusionar-dos-agujeros-negros-de-forma-sencilla2" target="_blank">Imagen</a>: Roberto Emparan & Marina Martínez</p>

Fusión de dos agujeros negros, en la que uno es tan grande que solo se muestra una porción casi plana de él, mientras el otro, más pequeño, cae y es absorbido por él. / Imagen: Roberto Emparan & Marina Martínez

Si hubiese que escoger la noticia científica más relevante y mediática del año 2016, los hallazgos de ondas gravitacionales tendrían todas las papeletas para llevarse el primer puesto.

Las dos señales presentadas hasta ahora proceden de la colisión y fusión de dos agujeros negros en algún lugar remoto del universo. La primera detección se anunció en febrero y la segunda en junio, ambas por los científicos del Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO) de EE UU.

Para determinar los patrones de estas ondas y simular cómo se producen esas misteriosas fusiones –un fenómeno característico de la teoría de la relatividad general de Einstein– los científicos emplean los mejores supercomputadores, como el MareNostrum de Barcelona –el más potente de España–, pero podría haber otras vías menos complicadas.

Hay una forma sencilla y exacta de tratar una fusión en la que uno de los agujeros negros es mucho más pequeño que el otro

Los físicos Roberto Emparan y Marina Martínez de la Universidad de Barcelona han hallado una forma sencilla y exacta de tratar el horizonte de sucesos de una fusión en la que uno de los agujeros negros es mucho más pequeño que el otro.

Unión de horizontes

El horizonte de sucesos es la frontera que caracteriza a un agujero negro, de tal forma que los eventos en su interior no pueden afectar a un observador situado fuera, pero sí al revés. Cuando dos agujeros negros se fusionan, sus horizontes de sucesos se unen para formar uno solo.

“Sorprendentemente, las ideas y las técnicas empleadas en nuestro trabajo son elementales y permiten estudiar en detalle las propiedades del horizonte en el instante en que ambos agujeros negros se unen en uno solo”, destaca Emparan, que junto a su colega publica los resultados en la revista Classical and Quantum Gravity.

Las ecuaciones que utilizan para resolver el problema se basan en conocimientos elementales para los físicos, tales como la definición del horizonte de sucesos y el denominado principio de equivalencia, que está en la base de la teoría de la gravedad de Einstein.

Según esta idea, un observador no puede distinguir si está en caída libre en un campo gravitatorio, o si en cambio está flotando en el espacio lejano. Esto nos es familiar por las imágenes de los astronautas en la Estación Espacial Internacional. Su ingravidez aparente no se debe a su distancia a la Tierra –la gravedad a la altitud de la estación es un 90% de la fuerza en la superficie terrestre– sino al hecho de que la estación en órbita, y sus astronautas dentro, están en movimiento libre en el campo gravitatorio de la Tierra.

“Las ideas de nuestro trabajo son elementales y permiten estudiar el horizonte en el instante en que los agujeros negros se unen”, destaca Emparan

Un comportamiento universal de dos agujeros en contacto

De la misma manera, en este estudio el agujero negro pequeño que cae en otro mucho mayor no distingue esta caída de otra situación en la que estuviera flotando él solo en el espacio, lo que permite simplificar mucho la descripción del fenómeno.

Para describir el horizonte de sucesos, Emparan y Martínez han utilizado elementos de geometría en su estudio. En concreto, el horizonte se obtiene trazando líneas geodésicas nulas en la denominada métrica de Schwarzschild, la solución de las ecuaciones de campo que planteó Einstein para describir el campo gravitatorio de un agujero negro.

Según los autores, con estos resultados es fácil identificar muchas propiedades de la geometría del horizonte de sucesos en el instante en que los dos agujeros negros se fusionan, y lo que es más importante, “indican la existencia de un comportamiento universal, genérico, de lo que ocurre cuando contactan dos agujeros negros en cualquier parte del universo”.

Referencia bibliográfica:

Roberto Emparan, Marina Martínez. “Exact Event Horizon of a Black Hole Merger”. Classical and Quantum Gravity 33. Number 15, 2016.

Si eres periodista y quieres el contacto con los investigadores, regístrate en SINC como periodista.

Zona geográfica: España
Fuente: SINC

Comentarios

  • Ricard |09. septiembre 2016 10:45:06

    La trayectoria de los agujeros negros no está vinculada con la trayectoria de una onda gravitacional. Esto sucede por dos motivos. El primero es que no existe la manera de monitorizar la trayectoria de dos agujeros negros, porque ello implicaria tomar medidas en el pasado. Por lo tanto hay que simularlo. En segundo lugar no existe vinculacion entre eventos dado que la unica y exclusiva característica de una (supuesta) onda de gravedad es la de desplazarse de forma inmediata a la velocidad de la luz. Para modelar el comportamiento de esta onda no hacen falta superordenadores. Dado que su velocidad es constante trazas una linea recta y ya está. Lo que los investigadores estan haciendo es un supuesto sobre otro supuesto aun mas grande. Lo que tendrian que explicar realmente es cómo puede ser que ahora resulte que la gravedad también se pueda transmitir de forma lineal.

    Responder a este comentario

  • Pablo |12. septiembre 2016 08:30:59

    Estoy de acuerdo con lo que ha explicado Ricard, sin embargo...

    Si tomamos como válida la hipótesis de Swartz-Coeplen los cálculos relativos al comportamiento de las ondas gravitacionales en el horizonte de sucesos, podemos asumir que la aceleracion gravitacional pasa de un comportamiento lineal a exponencial en el momento en que dos horizontes de sucesos se interfieren mutuamente. Por lo tanto, los cálculos serán mucho mas complejos siempre y cuando podamos validar, segun el principio de la relatividad, que las masas de los agujeros negros realmente son nulas en el momento de la fusion de los horizontes de sucesos independientemente de la masa de cada uno de ellos antes de producirse este evento.

    Pero claro, es un supuesto sobre otro supuesto. No he profundizado demasiado, pero creo que lo que han hecho sencillamente es superponer los campos gravitacionales basandose en la hipotesis de la inferencia temporal de Schmidth-Wasser para poder simplificar los cálculos, en cierto modo tiene sentido. Ya veremos que dicen los expertos.

    Responder a este comentario

QUEREMOS SABER TU OPINIÓN

Por favor, ten en cuenta que SINC no es un consultorio de salud. Para este tipo de consejos, acude a un servicio médico.

AGENCIA SINC EN TWITTER