{"id":113244,"date":"2025-09-13T23:47:09","date_gmt":"2025-09-13T23:47:09","guid":{"rendered":"https:\/\/www.europesays.com\/es\/113244\/"},"modified":"2025-09-13T23:47:09","modified_gmt":"2025-09-13T23:47:09","slug":"las-ondas-gravitacionales-verifican-el-teorema-del-area-del-agujero-negro-de-stephen-hawking","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.europesays.com\/es\/113244\/","title":{"rendered":"Las ondas gravitacionales verifican el teorema del \u00e1rea del agujero negro de Stephen Hawking"},"content":{"rendered":"

El 14 de septiembre de 2015, lleg\u00f3 una se\u00f1al a la Tierra, con informaci\u00f3n sobre un par de agujeros negros<\/strong> remotos<\/strong> que se hab\u00edan unido en espiral y se hab\u00edan fusionado. La se\u00f1al hab\u00eda viajado unos 1.300 millones de a\u00f1os para llegar a nosotros a la velocidad de la luz, pero no estaba hecha de luz. Era un tipo diferente de se\u00f1al: un temblor del espacio-tiempo llamado ondas gravitacionales,<\/strong> predicho por primera vez por Albert Einstein 100 a\u00f1os antes.<\/p>\n

Ese d\u00eda, hace 10 a\u00f1os, los detectores gemelos del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interfer\u00f3metro L\u00e1ser (LIGO<\/strong>) realizaron la primera detecci\u00f3n directa de ondas gravitacionales.<\/strong> Las colaboraciones LIGO y Virgo lo anunciaron al mundo en febrero de 2016, despu\u00e9s de seis meses de an\u00e1lisis y verificaci\u00f3n.<\/p>\n

El \u00a0descubrimiento hist\u00f3rico <\/a>\u00a0signific\u00f3 que los investigadores ahora pod\u00edan sentir el universo a trav\u00e9s de tres medios diferentes. Las ondas de luz, como los rayos X, la \u00f3ptica, la radio y otras longitudes de onda de luz, as\u00ed como las part\u00edculas de alta energ\u00eda llamadas rayos c\u00f3smicos y neutrinos,<\/strong> se hab\u00edan capturado antes, pero esta fue la primera vez que los investigadores presenciaron un evento c\u00f3smico a trav\u00e9s de su deformaci\u00f3n gravitacional del espacio-tiempo. Por este logro, so\u00f1ado por primera vez m\u00e1s de 40 a\u00f1os antes, tres delos fundadores de LIGO ganaron el \u00a0Premio Nobel de F\u00edsica 2017 <\/a>: Rainer Weiss, profesor em\u00e9rito de f\u00edsica del MIT (quien \u00a0falleci\u00f3 recientemente <\/a>\u00a0a los 92 a\u00f1os); Barry Barish de Caltech; y Kip Thorne de Caltech.\u00a0<\/p>\n

LIGO, que consta de detectores tanto en Hanford, Washington como en Livingston, Louisiana, el \u00a0detector Virgo <\/a>\u00a0en Italia y KAGRA <\/a>\u00a0en Jap\u00f3n operan en coordinaci\u00f3n y actualmente observan rutinariamente aproximadamente una fusi\u00f3n de agujeros negros cada tres d\u00edas.<\/strong> Together, la red de caza de ondas gravitacionales, conocida como LVK (LIGO, Virgo, KAGRA), ha capturado un total de m\u00e1s de 300<\/strong> fusiones de agujeros negros, la mayor\u00eda de las cuales ya est\u00e1n confirmadas, mientras que otras esperan un an\u00e1lisis m\u00e1s detallado. Durante la ejecuci\u00f3n cient\u00edfica actual de la red, la cuarta desde la primera ejecuci\u00f3n en 2015, LVK ha descubierto alrededor de 230 fusiones de agujeros negros candidatas,<\/strong> m\u00e1s del doble del n\u00famero detectado en las primeras tres ejecuciones.<\/p>\n

El dram\u00e1tico aumento en el n\u00famero de descubrimientos de LVK en la \u00faltima d\u00e9cada se debe a varias mejoras en sus detectores, algunas de las cuales involucran ingenier\u00eda de precisi\u00f3n cu\u00e1ntica de vanguardia<\/strong>. Estos interfer\u00f3metros de ondas gravitacionales siguen siendo, con mucho, las reglas m\u00e1s precisas para realizar mediciones jam\u00e1s creadas por humanos. Las distorsiones del espacio-tiempo inducidas por las ondas gravitacionales son incre\u00edblemente min\u00fasculas. Para detectarlos, LIGO y Virgo deben detectar cambios en el espacio-tiempo menores de 1\/10,000 del ancho de un prot\u00f3n<\/strong>. Eso es 700 billones de veces m\u00e1s peque\u00f1o que el ancho de un cabello humano.<\/p>\n

La se\u00f1al m\u00e1s clara hasta ahora<\/strong>\u00a0<\/p>\n

La sensibilidad mejorada de los instrumentos se ejemplifica en un descubrimiento reciente de una fusi\u00f3n de agujeros negros conocida como GW250114<\/strong> (los n\u00fameros denotan la fecha en que la se\u00f1al de onda gravitacional lleg\u00f3 a la Tierra: 14 de enero de 2025). El evento no fue tan diferente de la primera detecci\u00f3n (llamada GW150914): ambos involucran la colisi\u00f3n de agujeros negros a unos 1.300 millones de a\u00f1os luz de distancia con masas entre 30 y 40 veces la de nuestro Sol.<\/strong> Pero gracias a 10 a\u00f1os de avances tecnol\u00f3gicos que reducen el ruido instrumental, la se\u00f1al GW250114 es dram\u00e1ticamente m\u00e1s clara.<\/p>\n

\u00abPodemos escucharlo alto y claro, y eso nos permite probar las leyes fundamentales de la f\u00edsica\u00bb, dice Katerina Chatziioannou, miembro del equipo de LIGO, profesora asistente de f\u00edsica de Caltech y acad\u00e9mica William H. Hurt, y una de las principales autoras de un nuevo estudio sobre GW250114 publicado en Physical Review Letters.<\/p>\n

Al analizar las frecuencias de las ondas gravitacionales emitidas por la fusi\u00f3n, el equipo de LVK pudo proporcionar la mejor evidencia observacional capturada hasta la fecha para lo que se conoce como el teorema del \u00e1rea del agujero negro, una idea presentada por Stephen Hawking en 1971 que dice que las \u00e1reas totales de la superficie de los agujeros negros no pueden disminuir.<\/strong> Cuando los agujeros negros se fusionan, sus masas se combinan, aumentando el \u00e1rea de superficie. Pero tambi\u00e9n pierden energ\u00eda en forma de ondas gravitacionales durante el fen\u00f3meno. Adem\u00e1s, la fusi\u00f3n puede hacer que el agujero negro combinado aumente su giro, lo que lleva a que tenga un \u00e1rea m\u00e1s peque\u00f1a. El teorema del \u00e1rea del agujero negro establece que, a pesar de estos factores en competencia, el \u00e1rea total de la superficie debe crecer en tama\u00f1o.<\/strong><\/p>\n

M\u00e1s tarde, Hawking y el f\u00edsico Jacob Bekenstein concluyeron que el \u00e1rea de un agujero negro es proporcional a su entrop\u00eda o grado de desorden.<\/strong> Los hallazgos allanaron el camino para trabajos innovadores posteriores en el campo de la gravedad cu\u00e1ntica, que intenta unir dos pilares de la f\u00edsica moderna: la relatividad general y la f\u00edsica cu\u00e1ntica.<\/p>\n

En esencia, la detecci\u00f3n<\/strong> (realizada solo por LIGO, ya que Virgo estaba en mantenimiento de rutina y KAGRA estaba fuera de l\u00ednea durante esta observaci\u00f3n en particular) permiti\u00f3 al equipo \u00abescuchar\u00bb dos agujeros negros creciendo a medida que se fusionaban en uno, verificando el teorema de Hawking.<\/strong> Los agujeros negros iniciales ten\u00edan una superficie total de 240.000<\/strong> kil\u00f3metros cuadrados (aproximadamente del tama\u00f1o del Reino Unido), mientras que el \u00e1rea final era de unos 400.000<\/strong> kil\u00f3metros cuadrados (casi el tama\u00f1o de Suecia), un claro aumento. Esta es la segunda prueba del teorema del \u00e1rea del agujero negro; Se realiz\u00f3 una prueba inicial <\/a>\u00a0en 2021 utilizando datos de la primera se\u00f1al de GW150914, pero debido a que esos datos no eran tan limpios, los resultados tuvieron un nivel de confianza del 95<\/strong> por ciento en comparaci\u00f3n con el 99,999<\/strong> por ciento de los nuevos datos.<\/p>\n

Kip Thorne recuerda que Hawking lo llam\u00f3 para preguntarle si LIGO podr\u00eda probar su teorema inmediatamente despu\u00e9s de enterarse de la detecci\u00f3n de ondas gravitacionales de 2015. Hawking muri\u00f3 en 2018 y, lamentablemente, no vivi\u00f3 para ver su teor\u00eda verificada observacionalmente. \u00abSi Hawking estuviera vivo, se habr\u00eda deleitado al ver aumentar el \u00e1rea de los agujeros negros fusionados\u00bb, dice Thorne.<\/p>\n

La parte m\u00e1s complicada de este tipo de an\u00e1lisis ten\u00eda que ver con determinar el \u00e1rea superficial final del agujero negro fusionado. Las \u00e1reas superficiales de los agujeros negros anteriores a la fusi\u00f3n se pueden obtener m\u00e1s f\u00e1cilmente a medida que el par gira en espiral, agitando el espacio-tiempo y produciendo ondas gravitacionales. <\/strong>Pero despu\u00e9s de que los agujeros negros se fusionan, la se\u00f1al no es tan clara. Durante esta llamada fase de ringdown, el agujero negro final vibra como una campana golpeada.<\/p>\n

En el nuevo estudio, los investigadores pudieron medir con precisi\u00f3n los detalles de la fase de ringdown,<\/strong> lo que les permiti\u00f3 calcular la masa y el giro del agujero negro, y posteriormente determinar su \u00e1rea de superficie. M\u00e1s precisamente, pudieron, por primera vez, elegir con confianza dos modos distintos de ondas gravitacionales en la fase de ringdown. Los modos son como sonidos caracter\u00edsticos que har\u00eda una campana cuando se golpea; tienen frecuencias algo similares pero mueren a diferentes velocidades, lo que los hace dif\u00edciles de identificar. Los datos mejorados para GW250114 significaron que el equipo pudo extraer los modos, demostrando que el ringdown del agujero negro ocurri\u00f3 exactamente como lo predijeron los modelos matem\u00e1ticos.<\/p>\n

Otro estudio del LVK, presentado hoy a Physical Review Letters, establece l\u00edmites en un tercer tono de tono m\u00e1s alto predicho en la se\u00f1al de GW250114, y realiza algunas de las pruebas m\u00e1s estrictas hasta ahora de la precisi\u00f3n de la relatividad general en la descripci\u00f3n de los agujeros negros que se fusionan.\u00a0<\/strong><\/p>\n

\u00abAnalizar los datos de deformaci\u00f3n de los detectores para detectar se\u00f1ales astrof\u00edsicas transitorias, enviar alertas para activar observaciones de seguimiento desde telescopios o publicar resultados f\u00edsicos que recopilen informaci\u00f3n de hasta cientos de eventos es un viaje bastante largo – agrega Nicolas Arnaud, investigador del CNRS en Francia y coordinador de Virgo de la cuarta carrera cient\u00edfica – De los muchos pasos h\u00e1biles que requiere un marco tan complejo,\u00a0 Veo a los humanos detr\u00e1s de todos estos datos, en particular a los que est\u00e1n de servicio en cualquier momento, vigilando nuestros instrumentos. Hay cient\u00edficos de LVK en todas las regiones, que persiguen un objetivo com\u00fan: literalmente, \u00a1el Sol nunca se pone por encima de nuestras colaboraciones!\u00bb<\/p>\n

Empujando los l\u00edmites<\/strong><\/p>\n

LIGO y Virgo tambi\u00e9n han presentado estrellas noutronas<\/strong> durante la \u00faltima d\u00e9cada. Al igual que los agujeros negros, las estrellas de neutrones forman las muertes explosivas de las estrellas masivas, pero pesan menos y brillan con luz.<\/strong> Cabe destacar que, en agosto de 2017, LIGO y Virgo fueron testigos de una colisi\u00f3n \u00e9pica entre un par de estrellas de neutrones <\/a>, una kilonova, que envi\u00f3 oro y otros elementos pesados al espacio y atrajo la mirada de docenas de telescopios en todo el mundo, que capturaron luz que va desde rayos gamma de alta energ\u00eda hasta ondas de radio de baja energ\u00eda.<\/p>\n

El evento astron\u00f3mico de \u00abm\u00faltiples mensajeros\u00bb marc\u00f3 la primera vez que tanto la luz como las ondas gravitacionales hab\u00edan sido capturadas en un solo evento c\u00f3smico.<\/strong> Hoy en d\u00eda, el LVK contin\u00faa alertando a la comunidad astron\u00f3mica sobre posibles colisiones de estrellas de neutrones, que luego usan telescopios para buscar signos de otra kilonova.\u00a0<\/p>\n

\u00abLa red global LVK es esencial para la astronom\u00eda de ondas gravitacionales\u00bb, dice Gianluca Gemme, portavoz de Virgo y director de investigaci\u00f3n del INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). \u00abCon tres o m\u00e1s detectores operando al un\u00edsono, podemos identificar eventos c\u00f3smicos con mayor precisi\u00f3n, extraer informaci\u00f3n astrof\u00edsica m\u00e1s rica y permitir alertas r\u00e1pidas para el seguimiento de m\u00faltiples mensajeros. Virgo se enorgullece de contribuir a este esfuerzo cient\u00edfico mundial\u00bb.<\/p>\n

Otros descubrimientos cient\u00edficos de LVK incluyen la primera detecci\u00f3n de colisiones entre una estrella de neutrones y un agujero negro; fusiones asim\u00e9tricas<\/strong>, en las que un agujero negro es significativamente m\u00e1s masivo que su estrella de neutrones compa\u00f1era; el descubrimiento de los agujeros negros m\u00e1s ligeros conocidos, desafiando la idea de que existe una \u00a0\u00abbrecha de masa\u00bb <\/a>\u00a0entre las estrellas de neutrones y los agujeros negros; y la \u00a0fusi\u00f3n de agujeros negros m\u00e1s masiva vista hasta ahora <\/a>\u00a0con una masa fusionada de 225<\/strong> masas solares. Como referencia, el poseedor del r\u00e9cord anterior de la fusi\u00f3n m\u00e1s masiva ten\u00eda una masa combinada de 140<\/strong> masas solares.<\/p>\n

En los pr\u00f3ximos a\u00f1os, los cient\u00edficos de LVK esperan afinar a\u00fan m\u00e1s sus m\u00e1quinas, expandiendo su alcance cada vez m\u00e1s profundamente en el espacio<\/strong>. Tambi\u00e9n planean utilizar el conocimiento que han adquirido para construir otro detector de ondas gravitacionales, \u00a0LIGO India <\/a>. Mirando m\u00e1s hacia el futuro, los cient\u00edficos est\u00e1n trabajando en un concepto para detectores a\u00fan m\u00e1s grandes.<\/p>\n

El proyecto europeo, llamado Telescopio Einstein<\/strong>, planea construir uno o dos enormes interfer\u00f3metros subterr\u00e1neos con brazos de m\u00e1s de 10 kil\u00f3metros, el estadounidense, llamado \u00a0Cosmic Explorer <\/a>, ser\u00eda similar al actual LIGO pero con brazos de 40 kil\u00f3metros de largo. Los observatorios a esta escala permitir\u00edan a los cient\u00edficos escuchar las primeras fusiones de agujeros negros en el universo<\/strong> y, posiblemente, el eco de las sacudidas gravitacionales de los primeros momentos de nuestro universo.<\/p>\n

\u00abEste es un momento incre\u00edble para la investigaci\u00f3n de ondas gravitacionales: gracias a instrumentos como Virgo, LIGO y KAGRA, podemos explorar un universo oscuro que antes era completamente inaccesible. – dijo Massimo Carpinelli, profesor de la Universidad de Mil\u00e1n Bicocca y director del Observatorio Gravitacional Europeo en Cascina – Los logros cient\u00edficos de estos 10 a\u00f1os est\u00e1n desencadenando una verdadera revoluci\u00f3n en nuestra visi\u00f3n del Universo. Ya estamos preparando una nueva generaci\u00f3n de detectores como el Telescopio Einstein en Europa y el Cosmic Explorer en EEUU, as\u00ed como el interfer\u00f3metro espacial LISA, que nos llevar\u00e1 a\u00fan m\u00e1s lejos en el espacio y retroceder en el tiempo. En los pr\u00f3ximos a\u00f1os, sin duda, podremos abordar estos desaf\u00edos extraordinarios gracias a una cooperaci\u00f3n cada vez m\u00e1s amplia y s\u00f3lida entre cient\u00edficos, diferentes pa\u00edses e instituciones, tanto a nivel europeo como mundial\u00bb.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n

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