Resuelto un misterio de 30 años: los agujeros negros vibran con disonancia por un fenómeno cuántico inesperado

Durante tres décadas, los físicos se han preguntado por qué algunos “zumbidos” de los agujeros negros no seguían las reglas. Estas vibraciones, registradas en forma de ondas gravitacionales tras fusiones cósmicas, mostraban una anomalía que ningún cálculo lograba explicar con precisión. Ahora, una nueva investigación liderada por el Dr. Hayato Motohashi, de la Universidad Metropolitana de Tokio, finalmente ha resuelto este enigma.

El hallazgo se basa en una innovadora combinación de simulaciones computacionales de altísima precisión y una rama emergente de la física conocida como teoría no hermítica. La clave está en comprender cómo los agujeros negros vibran al estilo de una campana cósmica: a través de distintos "modos", o patrones vibratorios, denominados modos cuasinormales (QNM). Y cuando dos de estos modos interactúan de forma resonante, ocurre una disonancia sorprendente.

Lejos de ser un simple error de cálculo, como se pensó en 1997 cuando el fenómeno fue detectado por primera vez, la disonancia responde a una propiedad profunda del espacio-tiempo: en ciertas condiciones, dos modos vibratorios se entrelazan en una resonancia que distorsiona el comportamiento esperado. Este efecto es universal y aparece en múltiples combinaciones de modos, no en un solo caso.

Este descubrimiento no solo explica el viejo misterio, sino que inaugura un nuevo paradigma: la física gravitacional no hermítica, que permite estudiar los agujeros negros bajo una óptica completamente distinta. Este marco teórico ya ha demostrado ser útil en óptica y física cuántica, y ahora se abre paso en la astrofísica extrema.

El equipo de Motohashi identificó que estos patrones de resonancia surgen cerca de un “punto excepcional” (EP), una singularidad matemática donde los valores propios de los modos se repelen, evitando cruzarse. Este fenómeno se conoce como “cruce evitado” y genera un tipo de amplificación peculiar en las frecuencias de los modos, algo análogo a una nota musical que se desentona al tocar dos cuerdas juntas.

El estudio también revela que las trayectorias de estos modos en el plano complejo no son aleatorias: en muchos casos, siguen curvas matemáticas como hipérbolas o lemniscatas, lo que apunta a una profunda regularidad estructural detrás del aparente caos gravitacional.

Más aún, estos comportamientos no se limitan a los agujeros negros rotatorios (Kerr), sino que también se observan en objetos no giratorios y en otros tipos de perturbaciones, como las ondas electromagnéticas o escalares. La resonancia de los modos QNM podría ser, por tanto, una firma universal en la naturaleza de la gravedad.

Este avance tiene implicaciones enormes para la espectroscopía de agujeros negros, una disciplina que busca descifrar las propiedades internas de estos objetos a partir de las ondas gravitacionales que emiten. Comprender las resonancias permitirá distinguir entre agujeros negros "normales" y aquellos que podrían esconder nueva física más allá de la relatividad general.

Referencias:Physical Review Letters