¿Tienen «pelo» los agujeros negros?

Un resultado fundamental de la relatividad general establece que, bajo ciertos supuestos razonables, todas las soluciones de tipo agujero negro quedan completamente caracterizadas por solo dos números: la masa del objeto y su momento angular. Ello implica que, en cierto sentido, los agujeros negros constituyen configuraciones extraordinariamente simples del campo gravitatorio, ya que, con independencia de cuán compleja fuese la materia a partir de la cual se formaron, todas sus propiedades quedarán unívocamente determinadas por esos dos parámetros. Los físicos suelen referirse a este fenómeno diciendo que «los agujeros negros no tienen pelo», donde «pelo» se emplea aquí como referencia metafórica a cualquier otro detalle que pudiese caracterizar a estos objetos.

Dicho resultado fue demostrado hacia 1970 a partir del estudio matemático de las ecuaciones de campo de Einstein. Su importancia teórica resulta difícil de exagerar puesto que, entre otras razones, se halla íntimamente relacionado con el problema de la pérdida de información en los agujeros negros, uno de los mayores enigmas que encierra la gravedad. Hasta hace muy poco, sin embargo, comprobar empíricamente el «teorema de no pelo» (no-hair theorem, en inglés) se antojaba poco menos que una quimera, ya que estudiar con precisón el campo gravitatorio generado por un agujero negro era sencillamente imposible.

Un trabajo reciente ha propuesto ahora cómo superar ese escollo. Según Huan Yang, de la Universidad de Princeton, y otros investigadores, un análisis cuidadoso de varios eventos como los anunciados el año pasado por el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) debería bastar para confirmar o refutar la «calvicie» de los agujeros negros. El estudio se publica en Physical Review Letters.

El experimento estadounidense LIGO saltó a la fama en febrero de 2016 al anunciar la primera detección directa de ondas gravitacionales, las perturbaciones del espaciotiempo predichas por la teoría de Einstein. En aquel caso, todos los análisis indicaron que las ondas observadas por LIGO fueron producidas por la colisión y posterior fusión de dos agujeros negros de masa estelar en una galaxia distante. Más tarde, en el mes de junio, la colaboración anunció la detección de otro fenómeno similar.

Cualitativamente, la relación entre el teorema de no pelo y las señales observadas por LIGO es simple. Si es cierto que el campo gravitatorio de un agujero negro queda completamente caracterizado por su masa y su momento angular, eso implica que las distintas «notas» que componen las ondas gravitacionales producidas durante la fusión de dos de estos objetos no pueden ser del todo independientes entre sí. Yang y sus colaboradores observan que, de hecho, bastaría con analizar con precisión dos de esas notas —ciertos modos asociados a una fase concreta del proceso de fusión— para poner a prueba el mencionado teorema. El problema radica en que, en el caso de observatorios como LIGO, la sensibilidad de diseño del detector no basta para analizar ambos modos con el detalle requerido.

Como solución, los investigadores proponen un original método para «sumar» de forma coherente las señales de varias fusiones de agujeros negros acumuladas a lo largo del tiempo, lo que a la postre permitiría reducir en grado suficiente el ruido estadístico asociado a la señal colectiva. Los autores calculan que podría bastar solo un año de observaciones por parte de detectores como LIGO para resolver la cuestión. Ello supondría un test hasta ahora irrealizable de una de las predicciones básicas de la relatividad general en el régimen de campos gravitatorios intensos y permitiría restringir —o, en su caso, apuntalar— otras teorías de la gravedad alternativas a la de Einstein.

Más información en Physical Review Letters y Physics. Una versión del artículo técnico se encuentra disponible en el repositorio arXiv.

—IyC