Un nuevo modelo describe la alteración en el espacio-tiempo cuando los agujeros negros y las estrellas de neutrones se atraen 2ei6n

Un nuevo modelo permite predecir con gran precisión el comportamiento de las ondas gravitacionales cuando los dos fenómenos astronómicos más masivos del Universo, las estrellas de neutrones y los agujeros negros, se atraen entre sí. Estas alteraciones en el espacio-tiempo descritas originalmente por Albert Einstein como parte de su Teoría de la Relatividad pueden ser detectadas por observatorios astronómicos, y el nuevo trabajo que se publica en la revista Nature hará más sencilla su observación.

Para percibirlas, los astrónomos se fijan en los minúsculos cambios en la longitud de onda del detector que se producen en diferentes direcciones del espacio. No obstante, una correcta interpretación de estos datos requiere contar con modelos extremadamente precisos de lo que las señales gravitacionales pueden indicar. Los modelos numéricos proporcionan aproximaciones, pero se trata de un proceso lento y caro en recursos de computación. La predicción de un único movimiento puede requerir semanas de refinamiento de los cálculos.

El enfoque del equipo de investigación de Jan Plefka en la Universidad de Humboldt (Berlín) ha optado por una estrategia diferente a partir de la Teoría Perturbacional. Se comienza con una aproximación sencilla a un problema, y a partir de ahí, se resuelven sus facetas más complejas en forma de incrementos secuenciales. En el caso de este 'problema de los dos cuerpos', empezaron a resolver los efectos de dos eventos astronómicos supermasivos pasando cerca el uno del otro.

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Los resultados de esta operación han resultado ser altamente precisos y de calidad analítica. Una de las claves de la solución viene dada por la aparición de unas estructuras matemáticas denominadas variedades de Calabi-Yau, que pueden describirse como "representaciones en seis dimensiones de espacios en forma de rosquilla". Aunque estos modelos no se habían asociado previamente con ninguna cantidad mediable, han ayudado a los investigadores a describir cómo las ondas gravitacionales se expanden en estas circunstancias.

"La aparición de las geometrías Calabi-Yau nos permiten profundizar en nuestra comprensión de la interacción entre las matemáticas y la física", explica Benjamin Sauer, estudiante predoctoral y participante en el estudio. "Estos hallazgos van a determinar los próximos avances en la astronomía de las ondas gravitacionales al mejorar los modelos que usamos para interpretar los datos observacionales".

Este nuevo nivel de precisión es especialmente importante para capturar las señales emitidas por sistemas elípticos, en donde las órbitas tienden a provocar eventos de dispersión a altas velocidades. En ese paradigma, las teorías tradicionalmente atribuidas a la física de los agujeros negros lentos ya no son aplicables.

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Las ondas gravitacionales se describen como "temblores en el espacio y el tiempo" causados por la aceleración de objetos masivos en el Universo. Observadas por primera vez en 2015, han revolucionado el mundo de la astrofísica. La capacidad de reproducir modelos fehacientes de esta dispersión de la gravedad ha mejorado nuestro entendimiento de los fenómenos cósmicos, incluido el 'retroceso' de los agujeros negros tras la emisión, con implicaciones para la formación y conservación de las galaxias.

El descubrimiento de las estructuras Calabi-Yau en este contexto conecta a la astrofísica con las matemáticas intrincadas de la mecánica cuántica, celebran los autores. "Esto podría cambiar de forma fundamental el modo en el que los físicos abordan estas cuestiones", destaca el doctor Uhre Jakobsen, del Instituto Max Planck de Física Gravitacional. "Al demostrar su relevancia física, podemos enfocarnos en ejemplos específicos que revelen procesos genuinos en la naturaleza".