efecto Lense-Thirring

Un espejo que vuela a casi cuarenta mil kilómetros por segundo. La luz que incide sobre él rebota, pero ya no es la misma: como una pelota que es devuelta por una raqueta en movimiento. Ese espejo es lo que los científicos han construido dentro de una finísima hebra de vidrio rellena de hidrógeno.

Cuando un protón se rompe en un acelerador, salen quarks y gluones. Pero no se pueden ver libres: casi de inmediato se pegan entre sí formando nuevas partículas, como gotas de mercurio que se juntan en esferas. Este proceso se llama hadronización y dificulta medir con precisión la fuerza que une a los quarks: la interacción fuerte.

A 26 000 años luz de la Tierra, en el corazón de la Vía Láctea, la estrella S301 se precipita a través del espacio a 18 000 kilómetros por segundo. Rodea el agujero negro supermasivo Sgr A* en una órbita alargada. En el punto de máximo acercamiento, la estrella se encuentra a solo 280 radios gravitacionales, algo así como del Sol a Urano.

Un rayo de luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se desvía: este es el efecto de lente gravitacional, conocido por las imágenes de galaxias lejanas. Los astrofísicos tomaron como base un agujero negro en rotación (el espacio-tiempo de Kerr) y añadieron una pequeña corrección a la forma en que se propaga la propia luz.

La teoría de Einstein afirma: un cuerpo masivo en rotación arrastra el espacio a su alrededor, como una cuchara remueve la miel espesa. Este fenómeno se llama arrastre del espacio, y es especialmente notable en los agujeros negros y las estrellas de neutrones.

Un rayo cósmico se acerca a un agujero negro casi en tangente. No cae de inmediato, sino que se detiene en una órbita inestable, como un acróbata que se balancea sobre una cuerda sobre el abismo. Tras dar varias vueltas, la luz finalmente escapa hacia un observador lejano. Estos rayos producen múltiples imágenes de una misma fuente, conocidas como imágenes de orden superior.

El universo temprano era un lugar turbulento. El espacio vibraba con ondas gravitacionales, ondas en el propio tejido del cosmos. En ese crisol burbujeante, se cree que nació la materia oscura. Pero las partículas recién nacidas no tenían masa; había que obtenerla de algún lugar. Normalmente, el campo de Higgs es el responsable de la masa.

Imagina dos estrellas de neutrones, comprimidas al tamaño de una metrópolis pero con la masa de una y media veces el Sol. Danzan en un torbellino gravitacional, acercándose y alejándose cada 4,4 horas. En el periastro —el punto de máximo acercamiento— las separan apenas un par de segundos luz y su velocidad alcanza los tres millones y medio de kilómetros por hora.

Un agujero negro supermasivo flota en una nube de materia oscura. En la imagen habitual, esta sustancia invisible simplemente añade masa y apenas interactúa con la materia ordinaria. Pero las partículas de materia oscura podrían tener rotación propia: espín.

Cuando un piano cae a un abismo, pensamos en el abismo. En que el piano lleva funda, no. De manera parecida, durante décadas los astrofísicos han observado los acercamientos extremos de cuerpos pequeños a agujeros negros grandes. Les interesaba el propio agujero negro y lo que gira a su alrededor.

Imagina a un bailarín de tres rostros en la cresta de una ola de luz. Un rostro es el receptor, absorbiendo los fotones incidentes. Otro, un espejo perfecto que devuelve la luz. El tercero, un vidrio esmerilado que dispersa los rayos en todas direcciones. A baja velocidad, la danza es armoniosa. Pero a velocidades relativistas, la coreografía se desmorona.

Un agujero negro no es una esfera perfectamente lisa. La teoría de Einstein permite que a su alrededor pululen «pelos» invisibles: acumulaciones de campo escalar que curvan el espacio-tiempo.

Estiran un colchón inflable y sobre él gira un remolino de agua. Al estirarse, el remolino se contrae: su tamaño con respecto a toda la superficie disminuye.

Dos agujeros negros chocan de frente a gran velocidad, mientras un tercero orbita cerca. En la vida cotidiana, un accidente así generaría una ráfaga de ondas gravitacionales (ondulaciones en el espacio, como las que produce una piedra al caer en un estanque).

Acumulaciones de galaxias y materia oscura invisible crean estelas en el resplandor del Big Bang, como barcos que agitan un estanque.

El haz de una linterna se desliza sobre un vidrio irregular. El vidrio son los cúmulos masivos de galaxias, y la linterna es la luz antigua nacida poco después del Big Bang. Al pasar cerca de estos cúmulos, la luz no solo los rodea como el agua rodea una piedra.

Nuestro universo se comporta como una película elástica tensada: los cuerpos masivos la deforman, creando la curvatura del espacio-tiempo, es decir, la gravedad. En la teoría del mundo brana se añade una dimensión oculta, y esta película se convierte en solo una superficie en un espacio multidimensional.

El universo habla dos lenguajes fundamentales: la gravedad y la luz. En condiciones normales no se mezclan: las ondas gravitacionales se deslizan a través de la materia sin dejar rastro, mientras los fotones danzan en laberintos de espejos.

Coloca dos despertadores idénticos sobre una mesa y ponlos en marcha a la vez. Si uno de ellos se encuentra sobre una superficie resbaladiza y empieza a deslizarse lentamente, su marcha se alterará y, al cabo de un minuto, sonarán desincronizados. Más o menos así funciona el nuevo método propuesto por astrofísicos para los agujeros negros supermasivos.

El tejido del espacio-tiempo se curva bajo el peso, como una cama elástica tensada. Las ondas gravitacionales son ondas que se propagan desde catástrofes cósmicas, como la fusión de agujeros negros.

Un malabarista lanza mazas sentado en una silla giratoria. Si comienza a hacer girar las mazas todas en la misma dirección, la silla girará en sentido contrario; de lo contrario, se violaría la ley de conservación del momento angular.

En el centro de un enorme embudo que lo succiona todo, una pequeña esfera cae en espiral. Mientras gira, se genera un zumbido grave: es el propio espacio el que tiembla, y a ese temblor lo llamamos ondas gravitacionales. Su frecuencia aumenta y el tono se eleva, igual que el sonido de una sirena al pasar.

El agua que se va por el desagüe forma un remolino. Algo habitual en cualquier cocina. Pero ese mismo remolino ha demostrado ser capaz de reproducir dos efectos que los físicos suelen asociar con los agujeros negros y la rotación de los planetas. El primer efecto es el desfase de una onda al rodear un obstáculo.

Según la teoría de Einstein, los objetos masivos provocan curvatura del espacio-tiempo, como una pesada bola que hunde una lámina de goma. Al acelerar, generan ondas — ondas gravitacionales, similares a los círculos que hace una piedra al caer en un estanque.

El planeta solitario KMT-2024-BLG-0816, uno de tantos planetas que flotan libremente, fue descubierto cuando su gravedad actuó como una lupa durante varias horas. Al pasar frente a una estrella lejana, el cuerpo invisible curvó el espacio, como una canica de vidrio, y amplificó la luz del fondo.

En la oscuridad del espacio interestelar vagan millones de planetas rebeldes, mundos sin vínculo a ninguna estrella. Son casi imposibles de ver, pero cuando uno de estos viajeros pasa frente a una estrella lejana, su gravedad curva la luz y crea por un instante una lupa cósmica.

Un agujero negro no solo engulle materia: como un remolino cósmico gigante, curva el propio tejido de la realidad y hace que los rayos de luz la rodeen, enfocándolos. El efecto es aún más fuerte en los agujeros negros que giran casi a la velocidad de la luz: su rotación retuerce el espacio en una espiral apretada.

Según la teoría de Einstein, la rotación de la Tierra arrastra consigo el espacio-tiempo, como una cuchara arrastra miel espesa. Este efecto es increíblemente débil: aproximadamente una vuelta cada miles de millones de años. Pero se puede captar.

Un electrón deslizándose sobre colinas y valles invisibles creados por la textura de espín: así se ve un nuevo capítulo en la física de la materia condensada. En materiales cuánticos con la dirección de los espines localizados variando suavemente (textura de espín), el electrón deja de ser simplemente una partícula que vuela a través de la red.