El choque de dos agujeros negros puede hacer vibrar el tejido del espacio-tiempo

El telescopio XMM-Newton es muy particular y su misión consiste en estudiar los acontecimientos más energéticos que tienen lugar en el Universo, como por ejemplo las explosiones de estrellas llamadas supernovas , los cúmulos y supercúmulos de galaxias, los núcleos galácticos activos, o los sucesos que pueden tener lugar en los alrededores de los agujeros negros. De hecho, gracias a este telescopio, hoy día podemos estar más seguros de lo que son estos peculiares objetos.

En nuestro Universo existen más de 100.000 millones de galaxias y hemos comprobado que la inmensa mayoría de las estudiadas poseen agujeros negros en su interior. Debido a que el Universo es homogéneo e isótropo, por extensión, igual en todas sus partes, podemos suponer, ya que es imposible estudiar tal cantidad de galaxias, que la mayoría de ellas y todas las grandes poseen agujeros negros en un interior que estabilizan a la propia galaxia, impidiendo que las estrellas vaguen solas por el Universo.

El telescopio XMM-Newton detectó algo fuera de lo común en una galaxia y tras los estudios realizados por la Universidad de Pekín y el Instituto Max Planck de radioastronomía pudieron comprender que algo se estaba cociendo en el interior de esa galaxia; en realidad se trataba de la destrucción de una estrella, pero esta aniquilación no lo provocaba un agujero negro, sino dos.

La absorción de una estrella por un agujero negro pasa por varias fases; la estrella es atraída por el agujero negro, comienza a orbitar a su alrededor, cada vez a menor distancia, hasta que llega un momento en que la fuerza de gravedad del agujero negro es tan intensa que la estrella deja de tener forma esférica y se convierte en un objeto elíptico (estirado), pero a medida que pasa el tiempo, la estrella, por su propia fuerza de gravedad, no puede ni tan siquiera aguantar por más tiempo su forma elíptica y es estirada y desgarrada de tal forma que se convierte en una larga nube, de cientos o miles de millones de km de longitud, girando de forma espiral alrededor del agujero negro. Entonces comienza una intensa emisión de rayos X, hasta que lo que queda de la estrella comienza a caer hasta desaparecer por completo.

Ambos agujeros negros a corta distancia el uno del otro orbitan mutuamente. Tras los estudios oportunos de estos dos agujeros negros supermasivos, los científicos concluyeron que el futuro de ambos pasa por la fusión.

El estudio sobre los agujeros supermasivos binarios es fundamental para comprender cómo se formaron las galaxias. Tal vez fueron los agujeros negros los primeros en existir, atrayendo más tarde a las estrellas, para congregarlas en galaxias. Estos estudios se llevan a cabo desde el año 2002, cuando fueron descubiertos dos agujeros negros supermasivos en el núcleo de la galaxia NGC 6440 a 400 millones de años luz, separados por menos de 3.000 años luz, distancia tan estrecha, que dentro de pocos cientos de años colisionarán. Desde entonces, los astrónomos creen que estos eventos ocurren varias veces en un año en todo el Universo observable.

Pero el reto es conocer qué pasa cuando dos agujeros negros chocan entre ellos. Es un gran reto para los científicos, en principio porque los agujeros negros guardan grandes misterios por su naturaleza extrema, que la ciencia no puede explicar.

Para probar qué ocurre con estas colisiones, científicos de la NASA recrearon el acontecimiento en un superordenador. El resultado corroboró la teoría de la relatividad general de Einstein, por la que predecía que cuando dos agujeros negros supermasivos colisionan, el acontecimiento hace vibrar el tejido del espacio tiempo en forma de ondas gravitacionales , que se alejan de la colisión a la velocidad de la luz. Es como si tirásemos una piedra al agua, ésta provoca ondulaciones que se alejan del lugar del impacto de la piedra sobre el agua. Estas “arrugas” en el tejido del espacio, provocarán entre otras cuestiones una pequeña separación entre dos objetos. Podríamos imaginar el espacio como una lámina elástica o como una fina cortina de agua, para poder entender mejor las vibraciones que se producen y qué son las ondas gravitacionales.

Aunque desde la década de los años 60 se intenta detectar las ondas gravitacionales aún no han sido descubiertas de forma directa. Pero existen evidencias de ellas, por ejemplo con el estudio de púlsares , como púlsar binario PSR J0737-3039. Un púlsar es una estrella de neutrones muy pequeña de entre 10 y 20 km de diámetro y extraordinariamente densa, tanto, que la punta de un bolígrafo pesaría más de 100.000 toneladas, además emiten pulsaciones de radio, como si de un faro cósmico se tratara, girando a velocidades de vértigo a intervalos en ocasiones de milisegundos, es decir, que en un segundo la estrella podría girar 1.000 veces sobre sí misma, el Sol tarda de media 28 días en dar una vuelta sobre su eje (26 días en el ecuador y 30 en los polos –rotación diferencial-).

Estas pulsaciones son extraordinariamente regulares, mucho más precisas que el mejor reloj fabricado en la Tierra. Los científicos han estudiado en este púlsar binario de púlsares, que el período de pulsación cambia con el tiempo achacándoselo al paso de ondas gravitacionales que provoca el púlsar doble. Las ondas gravitacionales pueden ser producidas por objetos muy masivos y acelerados, como es el caso de los púlsares binarios que giran a gran velocidad el uno sobre el otro.

Miguel Gilarte Fernández es director del Observatorio Astronómico de Almadén de la Plata (Sevilla) y presidente de la Asociación Astronómica de España.