La viscosidad altera la música de las estrellas

Las ondas gravitacionales son vibraciones del propio espacio-tiempo, ondas que se propagan tras sucesos muy violentos como la fusión de agujeros negros o de estrellas de neutrones. Estas ondas, tan débiles que apenas deforman los detectores más sensibles de la Tierra, también atraviesan planetas, gases y estrellas. Pero ¿qué ocurre cuando una de esas ondas pasa a través de objetos que no son rígidos, sino fluidos y, por tanto, viscosos?

Recordemos que la viscosidad mide la resistencia de un fluido a fluir y es una expresión de la existencia de fuerzas de rozamiento internas y, por lo tanto, de cómo disipa energía. Así, un líquido muy viscoso, como la miel, amortigua las vibraciones más rápido que el agua. Las estrellas y otros objetos compactos como los planetas, aunque puedan parecer sólidos, son en realidad fluidos extremadamente densos. Algunas partes de su interior —como el núcleo de una estrella de neutrones— pueden comportarse como un líquido con cierta viscosidad.

La viscosidad altera…

En un nuevo estudio los autores han modelado la interacción de las ondas gravitacionales y la materia siguiendo las leyes de la relatividad general, pero incluyendo los efectos de la viscosidad. De esta manera han podido calcular cómo se propagan las perturbaciones a través de las estrellas y cómo se ve afectada la onda gravitacional al atravesarlas.

El resultado principal es que, como era de esperar, la viscosidad absorbe parte de la energía de la onda. Si la materia fuera un fluido ideal, sin viscosidad, la onda las atravesaría casi sin alteración; pero si hay fricción interna, la onda deja parte de su energía en la estrella. Simplificando, es como si la onda gravitacional hiciera vibrar el interior de la estrella y esa vibración se fuera convirtiendo en calor.

Cuando la viscosidad es pequeña, la absorción es débil. Si se incrementa, la onda empieza a perder más energía dentro de la estrella. S la materia es muy viscosa la onda puede incluso reflejarse parcialmente, igual que una ola rebota contra un muro. Los autores demuestran que, para ciertos valores, la reflectividad puede parecerse a la de un agujero negro.

Sin embargo, alcanzar esos niveles de viscosidad extrema no es fácil: si se exagera, el modelo empieza a violar principios básicos de la relatividad, como la causalidad. En otras palabras, la materia no puede ser infinitamente viscosa sin dejar de tener sentido físico. Por eso, aunque el hallazgo es fascinante, no implica que existan objetos capaces de reflejar ondas gravitacionales de manera perfecta; más bien marca los límites teóricos de lo que la física permite.

…la música de las estrellas

El estudio también muestra que la viscosidad cambia las notas naturales de vibración de las estrellas. Igual que una campana produce tonos característicos cuando se la golpea, una estrella vibra en modos característicos cuando una onda gravitacional la alcanza. La presencia de viscosidad altera ligeramente esas frecuencias y los tiempos en los que las oscilaciones se amortiguan. La viscosidad introduce un nuevo tipo de vibraciones internas, propias del material viscoso, que podrían dejar señales específicas en la radiación gravitacional emitida por el sistema. Detectar esas huellas sería una manera de estudiar las propiedades internas de las estrellas más densas sin necesidad de observarlas directamente.

Desde el punto de vista astrofísico, los cálculos muestran que el efecto de absorción o calentamiento que una onda gravitacional produce en una estrella es minúsculo en la mayoría de los casos. Incluso en las colisiones más energéticas del universo, la cantidad de energía que una onda transfiere a una estrella es despreciable. Aun así, en entornos muy extremos —por ejemplo, cerca del centro de una galaxia activa o dentro de cúmulos donde las ondas gravitacionales son intensas—, estos efectos podrían tener un papel interesante y observable.

Imitadores de agujeros negros

El artículo toca dos grandes temas actuales. El primero es la idea de que ciertos objetos extremadamente compactos, pero sin horizonte de sucesos, podrían imitar el comportamiento de los agujeros negros. Si son lo bastante viscosos, podrían reflejar parte de las ondas gravitacionales y producir ecos en las señales que registran detectores como LIGO o Virgo. El segundo es la posibilidad de que la viscosidad y la rotación generen superradiancia, un fenómeno en el que una onda sale del objeto amplificada, robándole energía a su rotación. Este mecanismo podría producir inestabilidades o patrones característicos en las observaciones futuras.

Este trabajo demuestra que la viscosidad no es un detalle menor: influye en cómo las estrellas absorben, reflejan o incluso amplifican las ondas que las atraviesan. También recuerda que, para interpretar correctamente las señales detectadas en la Tierra, debemos tener en cuenta la microfísica de las estrellas y los efectos disipativos que pueden modificar esas vibraciones del espacio-tiempo.

Es un paso más hacia una astronomía gravitacional más completa, en la que no sólo observamos cómo las ondas viajan por el universo, sino también cómo los distintos tipos de materia responden a ellas, revelando su estructura interna y, quizás, las propiedades más sutiles de la gravedad misma.

Referencias:

Valentin Boyanov, Vitor Cardoso, Kostas D. Kokkotas, and Jaime Redondo-Yuste (2025) Dynamical Response of Viscous Objects to Gravitational Waves Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/smlr-v7b2

Sumanta Chakraborty (2025) Viscous Stars Can Reflect Gravitational Waves like Black Holes Do Physics 18, 169

César Tomé López (2019) Ondas (serie) Cuaderno de Cultura Científica

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance