En enero de 2025, los observatorios de ondas gravitacionales LIGO en los Estados Unidos captaron una señal extraordinaria procedente de una región muy lejana del espacio: la fusión de dos agujeros negros estelares que colisionaron hace más de mil millones de años. A esa señal se le asignó el nombre GW250114, en referencia a la fecha en que fue detectada. Este evento ha resultado ser no solo el más claro jamás medido, sino también una oportunidad excepcional para poner a prueba el límite de las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein sobre cómo se comporta la gravedad en condiciones extremas.
La calidad de la señal GW250114
Las ondas gravitacionales son ondulaciones del espacio-tiempo que se generan cuando objetos muy masivos, como agujeros negros, aceleran bruscamente. Imagina lanzar una piedra a un estanque: las ondas que se propagan son la versión acuática de lo que ocurre en el tejido mismo del universo cuando ocurre una fusión de agujeros negros. Aunque la señal que llega a la Tierra es increíblemente débil, los sofisticados interferómetros de LIGO pueden detectarla tras recorrer distancias cosmológicas.
Lo que hace especial a GW250114 es su calidad excepcionalmente alta. La relación señal-ruido (una medida de cuán claramente se distingue la señal por encima del “ruido” de los detectores) fue de aproximadamente 80, muy por encima de la de otros eventos conocidos. Esto ha permitido a los científicos hacer un análisis más detallado de la fase final del choque como nunca antes.
La música de las colisiones de agujeros negros
Una de las predicciones más fascinantes de la relatividad general es cómo se “relajan” los agujeros negros después de una colisión. Tras la fusión, el agujero negro resultante no está inmediatamente en reposo, sino que vibra y suena como una campana golpeada, emitiendo ondas gravitacionales a frecuencias particulares que dependen de su masa y de su giro. Este efecto se conoce como «ringdown» y las vibraciones específicas se denominan modos cuasinormales. Cada modo tiene una frecuencia y una velocidad de amortiguación (cuánto tardan en desaparecer).
El equipo de investigación que ha estudiado GW250114 explora exactamente este fenómeno. Los autores, pertenecientes a las colaboraciones científicas LIGO, Virgo y KAGRA, han demostrado que para describir el “anillo” final del agujero negro tras la fusión se requieren al menos dos modos cuasinormales, incluyendo el modo dominante y su primer sobretono (una especie de armonía secundaria). Estas ondas resonantes son el equivalente gravitacional de los armónicos en un instrumento musical. La presencia de más de un modo permite hacer lo que se conoce como espectroscopía de agujeros negros: descomponer la señal en sus componentes y comparar con lo que predice la relatividad general.
Compatible con agujero negro de Kerr
Los resultados muestran que el patrón observado coincide con lo que predice la solución de Kerr (la descripción teórica de un agujero negro giratorio usando la relatividad general de Einstein) dentro de un margen de error, obtenido a partir de un único evento, que es comparable o incluso más estricto que el conseguido al combinar muchas otras fusiones en catálogos anteriores.
Lo relevante es que el modo fundamental y otros modos de la señal posterior a la fusión encajan con las frecuencias y tiempos de amortiguación calculados con las ecuaciones de Einstein. Este tipo de análisis va más allá de medir masas y velocidades. Al comprobar la exactitud con la que los modos cuasinormales coinciden con las predicciones teóricas, los científicos pueden evaluar si los agujeros negros reales se comportan como los descritos por la relatividad general o si quizá hay “nueva física” que apunte a teorías alternativas de la gravedad. En el caso de GW250114, todo concuerda con Einstein: no se detectaron discrepancias significativas.
Ley del área de los agujeros negros
Otra consecuencia importante de este estudio es su relación con la llamada ley del área de los agujeros negros. Formulada por Stephen Hawking en los años setenta, esta ley afirma que el área total del horizonte de sucesos de un agujero negro nunca puede disminuir con el tiempo, de forma análoga a como la entropía crece en la termodinámica. En otras palabras: cuando dos agujeros negros se fusionan, el área de la “superficie” final debe ser mayor o igual que la suma de las áreas de los originales. Analizando con cuidado las tres fases de la señal (la espiral final de los dos cuerpos, la colisión y el posterior ringdown) se confirma que esta ley se cumple con gran confianza en GW250114.
El impacto de estos resultados es doble. Por un lado, refuerzan la validez de la teoría de la relatividad general en el régimen de campos gravitatorios muy intensos, un ámbito donde la física aún está en pañales. Por otro lado, la espectroscopía de agujeros negros abre la puerta a futuras observaciones de alta precisión que podrían, con más eventos de calidad comparable a GW250114, explorar posibles desviaciones del marco clásico, contribuyendo así a desarrollar una teoría cuántica de la gravedad.
Referencia:
The LIGO Scientific Collaboration, The Virgo Collaboration, and The KAGRA Collaboration (2026) Black Hole Spectroscopy and Tests of General Relativity with GW250114 Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/6c61-fm1n
Para saber más:
Teoría de la invariancia (una introducción paso a paso a la teoría de la relatividad con matemáticas de secundaria)
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
