Otra forma de ver como se retuerce el espacio-tiempo

Los agujeros negros son uno de los objetos más exóticos que pueblan el Universo. En realidad son objetos sencillos, son cuerpos que concentran una gran cantidad de masa en un pequeño espacio, de tal manera que su gravedad se hace extremadamente fuerte, tan fuerte, que nada puede escapara a ella, ni si quiera la luz.
Hagamos un ejercicio de imaginación. Imaginaros que estáis en la superficie de un agujero negro (en la realidad ya estaríais muertos) y habéis construido el cohete más potente de todo el Universo, la intención claro está, es poder abandonar el agujero negro. Encendéis los motores he intentáis despegar, incluso conseguís separaros del agujero negro una cierta distancia pero por mucho que aumentáis la velocidad no conseguís separaros más del agujero negro, la gravedad es tan fuerte que hace regresar al cohete al agujero negro. La mayor velocidad que se da en el Universo es la de la luz, velocidad que no puede ni tan siquiera alcanzar ningún objeto, incluido el cohete más potente del Universo. Si estuvierais en la superficie del agujero negro con una linterna apuntando hacia arriba y la encendéis, veríais como el rayo de luz vuelve otra vez hacia abajo, la gravedad de un agujero negro es tan fuerte que ni la luz puede escapar.
Como muy bien nos enseño Einstein, la gravedad en realidad es la curvatura del espacio-tiempo. Por lo tanto, en un agujero negro su gravedad es tan intensa que el espacio-tiempo que lo rodea se curva de tal manera que cualquier camino que tomes está tan curvado que te hace regresar al agujero.
Aclaremos una cosa de nuestro ejercicio de imaginación, lo de estar en la superficie del agujero, es ciertamente imposible, ya que el agujero negro es un objeto que ha colapsado bajo su propia gravedad. Normalmente se dice que se forma una singularidad, es decir, un minúsculo punto. Lo cierto es, que hasta que no tengamos una teoría que unifique la relatividad general y la mecánica cuántica no podemos estar completamente seguros de lo que realmente sucede con una gravedad tan grande en regiones del espacio tan sumamente pequeñas.
Como sabéis, la gravedad disminuye con la distancia, o lo que es lo mismo, la curvatura del espacio-tiempo es menos pronunciada según nos alejamos del objeto que está generando el campo gravitatorio. Para los agujeros negros esto implica que nos podemos acercar a ellos sin quedar atrapados por su gravedad. Todo agujero negro está rodeado de una región que una vez atravesada ya no hay opción de regresar, si atraviesas esa región, el espacio-tempo está tan curvado que quedarás atrapado en los tentáculos gravitatorios del agujero negro. Esa región recibe el nombre de "horizonte de sucesos".
Si un agujero negro tiene estos efectos sobre el tejido del espacio-tiempo, ¿os imagináis que pasaría si dos agujeros negros colisionaran? A buen seguro el espacio-tiempo se doblaría y se retorcería de formas difíciles de imaginar. Incluso para los expertos les es difícil saber con detalle que le pasa al espacio-tiempo en esas circunstancias. Esta situación ha cambiado gracias al trabajo de un grupo de científicos. Dicho trabajo lleva por título "Frame-dragging vortexes and tidal tendexes attached to colliding black holes: Visualizing the curvature of spacetime" y ha sido publicado en Physical Review Letters. Ahora la ciencia dispone de las herramientas necesarias para visualizar como se dobla y se pliega el espacio tiempo en esas condiciones.
Entre los científicos que han realizado el estudio se encuentra ni más ni menos que Kip Thorne, uno de los mayores expertos en gravedad y relatividad general del planeta y autor de uno de los mejores libros que he podido leer en mi vida: Agujeros negros y tiempo curvo (estáis tardando en leerlo).
Combinando la teoría con simulaciones por ordenador, el equipo de científicos ha desarrollado nuevas herramientas que les permiten ver como se dobla el espacio tiempo. Las han llamado líneas vortes y líneas tendex. Estas líneas serían algo similar a las líneas de los campos eléctricos y magnéticos, que al observarlas nos permiten deducir cosas sobre dichos campos, como por ejemplo lo intenso que son.
Los investigadores has descubierto que dependiendo de cómo colisionen los agujeros negros líneas vortex o tendex adquieren distintas configuraciones. Si los agujeros negros se dirigen uno contra otro y colisionan directamente, como si de dos bolas de billar se tratase, del agujero negro resultante surgirían líneas vortex y tendex con forma de donuts. Estas regiones de líneas vortex y tendex con forma de donut se irían alejando del agujero negro. En cambio, si los dos agujeros negros que van a colisionar están orbitando respecto a su centro de masas, la trayectoria de los mismo será en forma de espiral hasta que colisionen, en este caso, las líneas vortex y tendex tendrán esa forma de espiral y también se irán alejando del agujero negro.
Al decir que las regiones de las líneas se alejan del agujero negro, lo que realmente estamos diciendo es que se están emitiendo ondas gravitatorias cuya forma puede describirse con la nueva herramienta de las líneas tendex o vortex. Esto tiene su importancia, ahora ya se puede predecir con mayor facilidad la forma que deberían tener las ondas gravitatorias que podría detectar el Caltech-led Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).
Aunque hay evidencias indirectas de la existencia de ondas gravitatorias lo cierto es que a día de hoy no se han detectado directamente, el día que se consiga se abrirá la puerta a la astronomía de ondas gravitatorias. Quien sabe que profundos misterios nos serán revelados.

Imagen donde se puede apreciar dos conjuntos de líneas vortex en forma toroidal (donut) emitidas por un agujero negro pulsante. Las líneas azules y rojas en el centro de la imagen son también líneas vortex unidas al agujero negro que serán emitidas en la siguiente pulsación del mismo.

Picture Credit: The Caltech/Cornell SXS Collaboration

Ismael Pérez Fernández.