Estudio aborda las fusiones de agujeros negros para probar las simetrías del Universo
Por: Instituto Gallego de Física de Altas Energías.
23 de enero de 2025
Ilustración que muestra el sentido de rotación de un agujero negro y su imagen especular, representando la simetría 'espejada' de estos eventos. Crédito de la imagen: IGFAE.
Un trabajo liderado por investigadores del Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE), la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) y la Universidad de Valencia (UV), investiga la posible existencia de asimetrías en el Universo a través del análisis del sentido giratorio de las fusiones de agujeros negros. El estudio abre una puerta para investigar a fondo la posibilidad de que exista algún desequilibrio en la dirección de giro de estos eventos, uno de los fenómenos más violentos que se producen en el cosmos, causado por una asimetría del Universo a gran escala.
El pilar de la cosmología moderna, conocido como Principio Cosmológico, establece que, cuando se observa a gran escala, el Universo es isótropo y homogéneo. Esto es, todos los observadores del Universo observarán aproximadamente las mismas estructuras independientemente de dónde se encuentren o hacia dónde miren. En consecuencia, el Universo no debe mostrar una preferencia por cosas que giran en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario, lo que se conoce como “simetría especular”. En los últimos años, numerosas investigaciones en el campo de la cosmología han intentado encontrar grietas en esta “simetría” buscando evidencias de posibles asimetrías y desequilibrios.
La Relatividad General, predice que los cuerpos masivos pueden producir un tipo de radiación conocida como ondas gravitacionales, que consisten en distorsiones del espacio-tiempo que se alejan de sus fuentes a la velocidad de la luz. Dichas ondas se producen en algunos de los eventos más violentos del Universo, como las supernovas, las fusiones de agujeros negros o el propio Big Bang.
Al igual que las ondas electromagnéticas, las ondas gravitacionales tienen una propiedad conocida como polarización, que puede ser dextrógira o levógira. En otras palabras, la onda puede "rotar" de alguna manera en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj respecto de su dirección de propagación.
Algunos tipos de fusiones de agujeros negros (en particular, las que presentan un plano orbital en precesión) pueden producir un exceso de una polarización sobre la otra, rompiendo individualmente la simetría especular. De acuerdo a Juan Calderón, autor principal del artículo e investigador del IGFAE, esta situación es posible explicarla usando una analogía futbolística: “Cuando golpeas el balón con la parte interior del pie derecho (con ‘rosca’), el balón rota en sentido contrario a las agujas del reloj mientras viaja por el aire. Sin embargo, la mayoría de los tiros, centros y pases se hacen con la parte interior del pie, ya que esto hace que sea considerablemente más fácil controlar el balón, ¿no? Esto induce una asimetría entre los dos tipos de giros, lo que hace que el fútbol sea 'asimétrico en espejo'”.
En este estudio, los autores midieron la polarización de las ondas emitidas por 47 fusiones de agujeros negros detectadas por Advanced LIGO y Virgo, y encontraron tres resultados principales. En primer lugar, los resultados son consistentes con una polarización promedio nula en todas las fuentes, de conformidad con el principio cosmológico.
En segundo lugar, el estudio sólo identificó un sistema individual, conocido como GW200129, que rompe de manera concluyente la simetría especular. Sin embargo, también indica que al menos el 82% de las fusiones de agujeros negros estudiadas deben hacerlo, incluso si estos casos no se pueden identificar individualmente.
El estudio que acaba de publicarse apunta que, por ahora, esta simetría se mantiene. “Aunque los datos apoyan la idea de un Universo equilibrado, aún es pronto para afirmarlo, ya que nuestra estadística es muy limitada”, apunta Nicolás Sanchis Gual, investigador Ramón y Cajal en la Universidad de Valencia y co-autor del trabajo. En el futuro, a medida que observemos más y más fusiones de agujeros negros, podremos medir con precisión si realmente el Universo es un “árbitro neutral” entre estos dos equipos.
Por último, como indica el Dr. Adrián del Río, coautor e investigador en la Universidad Carlos III de Madrid, los resultados también son de gran interés para el área de la gravedad cuántica. “En un estudio anterior, demostramos que las fusiones asimétricas de espejos podían producir una emisión neta de fotones polarizados desde el vacío cuántico, a través de un proceso similar a la radiación de Hawking. Nuestro estudio ha identificado la primera fuente viable, GW200129, que puede producir este efecto”, afirma el Dr. del Río.
Fuente:
https://igfae.usc.es/igfae/es/simetria-universo-equilibrio-agujeros-negros/