Ondas gravitacionales confirman el teorema del área de Stephen Hawking tras diez años de investigaciones

El 14 de enero de 2025, LIGO detectó ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros, conocida como GW250114. Publicado el 10 de septiembre en Physical Review Letters, el estudio del Observatorio Gravitacional Europeo confirma el teorema del área de Stephen Hawking, propuesto en 1971. La fusión, a 1.300 millones de años luz, mostró un aumento en la superficie de los agujeros negros, validando la teoría con un 99,999% de confianza.

Hace diez años, el 14 de septiembre de 2015, LIGO captó las primeras ondas gravitacionales, vibraciones del espacio-tiempo predichas por Einstein. Este hito, anunciado en 2016, revolucionó la astronomía, permitiendo observar el universo sin luz. Los fundadores de LIGO, Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne, ganaron el Nobel de Física en 2017.

El teorema de Hawking afirma que la superficie de un agujero negro nunca disminuye. En GW250114, los agujeros negros iniciales tenían 240.000 km², y el resultante alcanzó 400.000 km². Este aumento confirma la teoría, apoyando estudios sobre la entropía y la gravedad cuántica iniciados por Hawking y Bekenstein.

LIGO, con detectores en Washington y Luisiana, opera junto a Virgo (Italia) y KAGRA (Japón) en la red LVK. Desde 2015, han detectado más de 300 fusiones de agujeros negros. En el cuarto ciclo de observación, iniciado en 2023, se han registrado 230 posibles eventos, duplicando los ciclos anteriores.

La señal de GW250114 fue la más clara hasta ahora, gracias a mejoras en los detectores de LIGO. Estos instrumentos miden distorsiones del espacio-tiempo menores a una décima parte del ancho de un protón, 700 billones de veces más pequeñas que un cabello humano, usando ingeniería cuántica de precisión.

“Podemos escuchar la fusión alto y claro”, dijo Katerina Chatziioannou, de Caltech. Los datos de GW250114 permitieron medir dos modos de ondas gravitacionales en la fase de caída, cuando el agujero negro vibra como una campana, confirmando modelos matemáticos de la relatividad general.

La fase de caída fue clave para calcular la masa y el giro del agujero negro final, determinando su área superficial. Este análisis, más preciso que en 2021 con GW150914, ofrece la mejor evidencia observacional del teorema de Hawking, superando el 95% de confianza de la prueba anterior.

Kip Thorne recordó que Hawking preguntó en 2015 si LIGO podía probar su teorema. Aunque Hawking falleció en 2018, su teoría se verifica ahora. “Habría estado encantado de ver esto”, afirmó Thorne, destacando cómo las ondas gravitacionales confirman las leyes fundamentales de la física.

LVK también ha detectado colisiones de estrellas de neutrones, como la kilonova de 2017, que combinó luz y ondas gravitacionales. Estos eventos “multimensajero” han revolucionado la astronomía, permitiendo rastrear elementos pesados como el oro en el universo.

La colaboración internacional de LVK, con 1.600 científicos de 20 países, es vital. “El Sol nunca se pone en nuestras colaboraciones”, dijo Nicolas Arnaud, de Virgo. La red permite localizar eventos cósmicos con precisión y enviar alertas para telescopios.

LIGO y Virgo han descubierto agujeros negros ligeros y fusiones asimétricas, desafiando teorías sobre brechas de masa. La fusión más masiva, con 225 masas solares, rompió récords previos de 140 masas solares, ampliando nuestra comprensión del cosmos.

El futuro incluye LIGO India y proyectos como el Telescopio Einstein y Cosmic Explorer, con detectores de hasta 40 km. Estos explorarán las primeras fusiones de agujeros negros y los orígenes del universo, llevando la astronomía gravitacional a nuevas fronteras.

Este descubrimiento marca una década de avances en ondas gravitacionales. Con instrumentos más precisos y colaboración global, los científicos seguirán desentrañando misterios cósmicos, honrando el legado de Hawking y Einstein.