anillo de agujero negro

Dos diminutos diamantes flotan en el vacío, separados por una distancia que la luz no puede recorrer durante el experimento. Dentro de cada uno, como una chispa congelada, reside un espín entrelazado: un estado cuántico que los une en un todo único.

Cuando dos bolas pesadas se fusionan en una, los círculos se extienden durante mucho tiempo por la superficie del agua. Un agujero negro se comporta de manera similar: después de la fusión, sigue "tañendo" durante un tiempo, emitiendo oscilaciones gravitacionales especiales: los modos cuasinormales.

Una piedra cae en aguas tranquilas y se extienden círculos por la superficie. Algo parecido le ocurre a un agujero negro cuando algo cae en él o cuando se fusiona con otro. El agujero comienza a oscilar y esas oscilaciones se escapan al espacio en forma de ondas gravitacionales. Los astrofísicos llaman a este proceso el «tañido» del agujero negro.

Un cilindro de aluminio masivo, de una tonelada, cuelga en el vacío. Una onda gravitacional —una ondulación del espacio-tiempo— lo atraviesa, y la barra comienza a vibrar de manera casi imperceptible.

La espiral por la que el agua se va por el desagüe gira cada vez más rápido cerca del centro. En un agujero negro ordinario, ese embudo termina en un punto infinitamente agudo — la singularidad, donde las leyes de la física se rompen.

Cuando dos agujeros negros se fusionan en la lejanía, nos llega un temblor del espacio: las ondas gravitacionales. Normalmente se describen con las ecuaciones de Einstein, pero ¿y si en las distancias más diminutas la gravedad funcionara de otra manera?

Imagina el universo primitivo como una campana de dimensiones inimaginables. La inflación —la época de expansión acelerada ideada por Alan Guth— la golpea, y una onda se propaga por el tejido del espacio-tiempo.

Los detectores de ondas gravitacionales son como micrófonos sensibles que escuchan el susurro de catástrofes lejanas. Pero de vez en cuando irrumpe un chasquido agudo —una interferencia breve llamada glitch—.

La fusión de agujeros negros no es un golpe silencioso. El agujero recién nacido vibra y se amortigua, emitiendo ondas gravitacionales, ondas en el propio espacio. Esta señal se llama «tañido» (ringdown) y se parece al sonido de una campana que se apaga: tiene un tono fundamental y varios armónicos.

En el centro de un agujero negro ordinario, según las ideas clásicas, se esconde una singularidad: un punto de densidad infinita donde las leyes de la física dejan de funcionar. Pero algunas teorías inspiradas en la dualidad de la teoría de cuerdas proponen sustituir ese punto por una diminuta región «difuminada».

El enigma de la materia oscura atormenta a los físicos desde hace casi un siglo. Entre los candidatos a explicarla están los agujeros negros primordiales (PBH), nacidos en los abrasadores brazos del primer instante tras el Big Bang.

El universo temprano se parecía a una sala abarrotada donde partículas pesadas colisionaban y se desintegraban a un ritmo ensordecedor. Entre ellas podrían haber estado los leptoquarks escalares — partículas que se aferran simultáneamente a un quark (un ladrillo de la materia) y a un leptón (por ejemplo, un electrón).

En los primeros instantes tras el Big Bang, había casi la misma cantidad de materia y antimateria. Pero algo rompió el equilibrio; de lo contrario, todo se habría aniquilado en radiación y el mundo habría quedado vacío. Uno de los candidatos a 'rompedor' son los neutrinos diestros superpesados.

Un funambulista gira sobre el abismo en espiral, acercándose al centro con cada vuelta. Su trayectoria no es un deslizamiento suave, sino una serie de tirones bruscos y pausas. Así se comporta un agujero negro diminuto cuando es arrastrado hacia un vecino supermasivo.

Las ondas gravitacionales de un cuerpo diminuto que cae hacia un agujero negro funcionan como una radiografía. Pero no atraviesan un hueso, sino el propio espacio-tiempo curvado.

Dos pesadas esferas de vacío oscuro vuelan una hacia la otra y chocan exactamente de frente. No es billar: es la colisión de dos agujeros negros iguales. El impacto hace temblar el propio espacio: son las ondas gravitacionales. La mayor parte de ese temblor es un zumbido grave que los físicos llaman radiación de frenado.

El 14 de mayo de 2019, los detectores LIGO registraron una explosión gravitacional que no encajaba en los moldes habituales. El evento GW190521 se presentó como la colisión de dos agujeros negros de 85 y 66 masas solares. El agujero resultante, de 142 masas solares, cayó justo en el rango «prohibido» —allí donde los colapsos estelares apenas dejan rastro.

Una piedra cae en un pozo y, un segundo después, se oye un chapoteo. Una estrella cae en un agujero negro y desaparece tras el horizonte, dejando solo un estremecimiento del espacio. Pero, ¿y si el fondo del pozo no fuera un callejón sin salida, sino un pasaje? En la imagen habitual, la materia se comprime en un punto de densidad infinita: la singularidad.

Dos bolas pesadas giran en la superficie de un estanque. De ellas se expanden círculos: son ondas gravitacionales. Cuando las bolas se acercan, las ondas se llevan energía y los círculos se vuelven más frecuentes.

Cuando los agujeros negros se acercan y se separan — sin fusionarse, solo rozándose con sus campos gravitacionales — se convierten en proyectiles ideales para poner a prueba las leyes de la gravedad. En campos extremos, donde la dilatación del tiempo alcanza magnitudes monstruosas, cualquier grieta en la teoría brillará con un destello cegador.

Una campana golpeada resuena cada vez más débil. Su tañido se apaga suavemente, como las ondas en el agua tras lanzar una piedra. De manera similar, un agujero negro se comporta tras chocar con otro: tiembla, y esas vibraciones —ondas gravitacionales— se alejan por el espacio, debilitándose gradualmente.

Un agujero de gusano es un túnel hipotético que acorta el camino entre rincones distantes del Universo, como una burbuja estirada entre dos puntos. Para que las paredes de la burbuja no se colapsen, se necesita una película especial: materia con presión negativa, parecida a la energía oscura.

Imagina el murmullo de una plaza abarrotada: así suena el fondo de ondas gravitacionales del universo, captado por una red de púlsares —estrellas de neutrones que emiten pulsos de radio regulares con la precisión de relojes atómicos.

Dos agujeros negros giran cada vez más rápido, se acercan y se fusionan en uno solo. El espacio a su alrededor tiembla: ese temblor viaja por el universo durante miles de millones de años y finalmente hace que los espejos de los detectores se desplacen una fracción de átomo. Los científicos captan esta señal y quieren entender qué agujeros exactamente la produjeron.

Un enlace químico es como un resorte tenso entre átomos. Cuando se rompe, los fragmentos de la molécula salen despedidos, pero no se quedan quietos: siguen vibrando, como una cuerda que se suelta.

Inmediatamente después de nacer, el Universo no solo se expandió, sino que se infló a una velocidad inimaginable. Esta etapa, llamada inflación, fue propuesta por Alan Guth. Los nuevos modelos comparan el proceso con inflar un globo a tirones. Si entre tirones el émbolo se detiene un instante, el globo se contrae y produce un fuerte chasquido.

Cuando dos agujeros negros se fusionan, el agujero resultante resuena como una campana, emitiendo ondas gravitacionales. Hasta ahora solo se había podido captar el tono fundamental de ese repique.

Dos gigantes negros giran y chocan: un temblor del espacio se propaga por el universo. Ese temblor lo captan los detectores de ondas gravitacionales. Pero en la señal puede esconderse algo más que la masa y la distancia: si las leyes de la física son ligeramente distintas en diferentes direcciones, la onda se distorsionará.