La UIB participa en la verificación del teorema del área de los agujeros negros de Stephen Hawking

Un equipo de investigadores de la Universitat de les Illes Balears (UIB), miembros activos de la colaboración internacional LIGO-Virgo-KAGRA, han participado en el análisis que ha permitido verificar el teorema del área de los agujeros negros formulado por Stephen Hawking.

Según ha explicado la institución insular en un comunicado, el grupo Gravity de la UIB, que ha participado en las más de 300 detecciones de ondas gravitacionales, ha contribuido al desarrollo de modelos teóricos y herramientas de análisis que han resultado esenciales para interpretar con precisión los datos de la fusión de agujeros negros GW250114, publicado el 10 de septiembre en 'Physical Review Letters'.

Esta aportación sitúa a la UIB en primera línea de un descubrimiento que confirma, con un nivel de confianza sin precedentes, una de las predicciones más influyentes de la física moderna.

La publicación coincide con el décimo aniversario de la primera detección de ondas gravitacionales.

La sensibilidad mejorada del LIGO se ejemplifica en el descubrimiento reciente de una fusión de agujeros negros llamada GW250114.

El acontecimiento, captado el 14 de enero de 2025, no era muy diferente a la primera detección del LIGO, GW150914, ya que las dos implicaban agujeros negros de unos 30 a 40 veces la masa del Sol y a unos 1.300 millones de años luz de distancia.

Pero gracias a los diez años de adelantos tecnológicos y reducción del ruido instrumental, la señal del GW250114 es espectacularmente más claro.

Los resultados de la detección se han recogido en un estudio publicado en la revista científica 'Physical Review Letters'. A través del análisis de las frecuencias de las ondas gravitacionales emitidas durante la fusión, el equipo pudo obtener la mejor evidencia observacional hasta ahora del conocido como teorema del área de los agujeros negros, propuesto el 1971 por Stephen Hawking.

Este teorema afirma que la superficie total de los agujeros negros no puede disminuir. Cuando dos agujeros negros se fusionan, combinan sus masas y aumentan la superficie, pero también pierden energía en forma de ondas gravitacionales y pueden incrementar su giro, cosa que reduciría el área. A pesar de estos factores opuestos, el teorema dice que la superficie total siempre tiene que crecer.

La parte más compleja de este análisis reside en determinar el área final del agujero negro fusionado. Las áreas de los agujeros negros antes de la fusión pueden calcularse más fácilmente a medida que orbitan la uno en torno al otro, distorsionando el espacio-tiempo y produciendo ondas gravitacionales. Pero después de la fusión, la señal es menos clara. En esta fase de 'ringdown', el agujero negro final vibra como una campana golpeada.

En el nuevo estudio, los investigadores pudieron medir con gran precisión esta fase de 'ringdown', calcular la masa y el espín del agujero negro, y después determinar su superficie.

Por primera vez, se han podido identificar con confianza dos modas de ondas gravitacionales diferentes en esta fase, tal como preveían modelos matemáticos desarrollados en 1970 por Saul Teukolsky (profesor en Caltech y Cornell) y otros.