Agujeros negros fusionándose

En esta representación artística vemos dos agujeros negros girando entre sí hasta acabar por confluir. La primera fusión de agujeros negros fue detectada en 2015 por LIGO, el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser, al identificar las ondas gravitacionales (fluctuaciones en el tejido del espacio-tiempo) creadas por la gigantesca colisión.

Tanto los agujeros negros como las ondas gravitacionales fueron predichos por la relatividad general de Einstein, presentada en 1915 y que aún hoy es la teoría que mejor describe la gravedad en el Universo.

Karl Schwarzschild derivó las ecuaciones de los agujeros negros en 1916, pero tuvieron que pasar varias décadas hasta que dejaran de ser poco más que una curiosidad teórica, cuando las observaciones en rayos X con telescopios espaciales detectaron la emisión de materia altamente energética en las proximidades de estos objetos extremos. La primera imagen de la oscura silueta de un agujero negro, recortándose contra la luz que emite la materia a su alrededor, fue capturada recientemente por el Telescopio de Horizonte de Sucesos y publicada tan solo el pasado mes.

En cuanto a las ondas gravitacionales, fue el propio Einstein quien predijo su existencia a partir de su teoría, también en 1916, pero tuvo que pasar otro siglo hasta que se observaron estas fluctuaciones. Desde 2015, los observatorios terrestres LIGO y Virgo han sumado más de una decena de detecciones, y la astronomía de ondas gravitacionales se ha convertido en un campo de investigación floreciente.

En cambio, otra de las predicciones de Einstein se pudo probar mediante observaciones mucho antes: la flexión de la luz debida a la gravedad, que se demostró pocos años después de la publicación de la teoría, durante un eclipse total de Sol en 1919.

En el marco de la relatividad general, cualquier objeto con masa curva el tejido del espacio-tiempo, desviando la trayectoria de todo lo que pase cerca, incluida la luz. En esta representación de dos agujeros negros fusionándose se muestra una vista artística de esta distorsión, también denominada “lente gravitacional”.

Hace cien años, los astrónomos se propusieron probar la relatividad general observando si la masa del Sol desviaba la luz de las estrellas distantes y hasta qué punto lo hacía. Este experimento solo se podía llevar a cabo si la luz del Sol se oscurecía lo suficiente para revelar las estrellas a su alrededor, algo que solo es posible durante un eclipse solar.

El 29 de mayo de 1919, sir Arthur Eddington observó las estrellas distantes alrededor del Sol durante un eclipse desde la isla de Príncipe, en África Occidental, mientras que Andrew Crommelin llevaba a cabo observaciones similares en Sobral, en el noreste de Brasil. Sus resultados, presentados seis meses más tarde, indicaron que las estrellas observadas cerca del disco solar durante el eclipse se hallaban ligeramente desplazadas con respecto a su posición normal en el firmamento, aproximadamente con el grado de desviación que debía provocarles la masa del Sol según la teoría de Einstein.

“Luces torcidas en los cielos” fue el titular con que el New York Times anunció en noviembre de 1919 el triunfo de la nueva teoría de Einstein. De esta forma dio comienzo un siglo de emocionantes experimentos para investigar la gravedad en la Tierra y en el espacio, y para demostrar la relatividad general de forma cada vez más precisa.

En los últimos cien años hemos avanzado a paso de gigante, pero aún nos queda mucho por descubrir. Athena, el futuro observatorio de rayos X de la ESA, investigará con un nivel de detalle sin precedentes los agujeros negros supermasivos situados en el centro de las galaxias. Otra de las futuras misiones de la ESA, LISA, detectará en órbita ondas gravitacionales a partir de las fluctuaciones de baja frecuencia liberadas cuando dos agujeros negros supermasivos se fusionan y que solo se pueden detectar desde el espacio.

Ambas misiones se encuentran en fase de estudio y su lanzamiento está previsto para principios de la década de 2030. Si Athena y LISA operasen conjuntamente durante al menos unos años, podrían llevar a cabo un experimento único: observar la fusión de agujeros negros supermasivos en ondas gravitacionales y en rayos X, empleando lo que se conoce como astronomía de multimensajeros.

Nunca hemos observado una fusión así: necesitamos a LISA para detectar ondas gravitacionales al comienzo del proceso y que nos diga adónde mirar en el cielo; después, necesitaremos a Athena para observar el fenómeno con rayos X en alta precisión y ver cómo esta imponente colisión afecta al gas que rodea los agujeros negros. No sabemos qué sucede durante un choque cósmico de tal magnitud, por lo que este experimento, al igual que el eclipse de 1919 que demostró por primera vez la teoría de Einstein, está llamado a revolucionar nuestra comprensión de la gravedad y del Universo.

En la Tierra, la gravedad forma parte de nuestro día a día. La sentimos, luchamos contra ella y, lo que es más importante, la investigamos. Las agencias espaciales como la ESA se enfrentan a ella al lanzar continuamente naves al espacio y, en ocasiones, esas mismas naves aprovechan la gravedad de los planetas para llegar a determinados lugares del Sistema Solar. Estudiamos en órbita el campo gravitatorio de la Tierra y llevamos a cabo experimentos en vuelos parabólicos, en cohetes sonda y en la Estación Espacial Internacional para examinar diferentes sistemas en distintas condiciones gravitacionales. A gran escala, nuestras misiones científicas exploran la forma en que la gravedad afecta a planetas, estrellas y galaxias por todo el cosmos, y estudian el comportamiento de la materia en el potente campo gravitatorio creado por algunos de los objetos más extremos del Universo, como los agujeros negros. Para unirte a la conversación online que se desarrollará esta semana, sigue la etiqueta #GravityRules.