La investigación proporciona indicios de materia oscura y huellas de agujeros negros en las ondas gravitatorias
El histórico descubrimiento de las primeras pruebas directas de las ondas gravitatorias u ondulaciones en el espacio-tiempo producidas por la colisión de agujeros negros proporciona un nuevo y valioso punto de vista sobre la física exótica activa durante los desconocidos momentos iniciales del universo. Las ondas gravitatorias podrían arrojar luz sobre misterios profundos, como la naturaleza de la materia oscura. Es más, podrían ofrecer un modo para hacer encajar la gravedad en la mecánica cuántica. La gravedad cuántica plantearía cuestiones fascinantes: ¿Seguiría siendo una buena aproximación una descripción clásica de los agujeros negros cuánticos? «Ciertos efectos cuánticos podrían incluso impedir por completo la formación de agujeros negros», señala Vitor Cardoso, coordinador del proyecto MaGRaTh, financiado con fondos europeos. MaGRaTh se puso en marcha para efectuar predicciones precisas de todos estos fenómenos físicos fundamentales que pudieran comprobarse con datos de ondas gravitatorias.
¿Existen los agujeros negros en realidad?
Las observaciones de objetos astrofísicos con fuertes campos gravitatorios y, por tanto, grandes curvaturas del espacio-tiempo podrían señalar la presencia de nuevos campos fundamentales y partículas aún no descubiertas. La búsqueda de respuestas relacionadas con la física subyacente de los campos gravitatorios fuertes guió la investigación del MaGRaTh en las zonas fronterizas entre los agujeros negros y la materia oscura. «Nos centramos en comprender cómo se comportan los campos gravitatorios fuertes cerca de objetos masivos como los agujeros negros. ¿Revelaron realmente los datos de las ondas gravitatorias la presencia de agujeros negros? En tal caso, ¿cómo responde la materia en proximidad de estos objetos masivos?», pregunta Cardoso. Si los agujeros negros existen de verdad, deberían ser el laboratorio perfecto para estudiar el entorno circundante. «Podrían ser los detectores ideales de nuevos tipos de materia, que se suman a la gravitación causada por la materia visible; en realidad podrían ser la materia oscura oculta», añade Cardoso.
Descartar las imitaciones de agujeros negros
El equipo de MaGRaTh ha presentado resultados sorprendentes que demuestran que los objetos oscuros y masivos que emiten ondas gravitatorias podrían efectivamente ser agujeros negros. «Los agujeros negros destacan por su capacidad para engullir la luz o cualquier otra cosa que se cruce en su camino. Ese destino le espera a la radiación y a las partículas que son absorbidas más allá de un punto conocido como horizonte de sucesos», explica Cardoso. La existencia de un horizonte de sucesos es la diferencia distintiva entre los agujeros negros y los objetos compactos exóticos que aparentemente actúan como agujeros negros. «Descubrimos que las imitaciones de agujeros negros producen "ecos" en las ondas gravitatorias emitidas. Estas señales de eco son versiones más débiles de la ráfaga principal y su espectro de frecuencia es diferente. Cabe destacar que constituyen una prueba irrefutable de la existencia de imitaciones de agujeros negros».
Resolver las ecuaciones de Einstein para nuevas formas de materia
A partir de estas imitaciones de agujeros negros que aparecen en los datos de ondas gravitatorias, los investigadores utilizaron las ecuaciones de Einstein para describir su comportamiento e investigar en qué se diferencian de los agujeros negros. Cardoso y su equipo fueron un paso más allá y efectuaron simulaciones para modelar cómo se comporta la materia no estándar alrededor de los agujeros negros. «Si existen nuevas formas de materia, ¿qué huella dejan en los agujeros negros?», pregunta Cardoso. Se trata de una pregunta emocionante, aunque complicada; las ecuaciones de Einstein son no lineales y se complican mucho más cuando no se utilizan aproximaciones para resolverlas. Los resultados de los proyectos relativos a las interacciones entre la materia oscura y los agujeros negros aparecen en numerosas publicaciones. «Un hallazgo sorprendente fue que ciertos tipos de materia oscura pueden absorber casi toda la energía rotatoria de los agujeros negros, ¡frenándolos de verdad!», señala Cardoso. Los datos de MaGRaTh proporcionan señales claras para la nueva física. La investigación parece reforzar las afirmaciones del equipo sobre la presencia de agujeros negros y podría terminar por ayudar a los astrónomos a descubrir o descartar candidatos a materia oscura. «Las simulaciones con superordenadores procesan gran parte de nuestro trabajo, pero la parte imaginativa y la inferencia de las consecuencias recaen por completo en nosotros!», concluye Cardoso.
Palabras clave
MaGRaTh, agujeros negros, materia oscura, onda gravitatoria, imitaciones de agujeros negros, señal de eco
