El extraño fenómeno natural que puede destruir planetas enteros

Las teorías de Einstein abrieron la puerta a la creación de la bomba atómica, demostrando que era posible con su famosa fórmula de que la energía es igual a la masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado. Ahora, un nuevo estudio señala que dos de sus teorías pueden combinarse para crear un 'láser gravitacional', un fenómeno nunca observado con profundas consecuencias para la ciencia.

Estas dos teorías son una vez más la Teoría General de la Relatividad —que predijo la existencia de ondas gravitacionales— y la emisión estimulada. Combinadas y bajo las circunstancias adecuadas —que incluye la existencia de materia oscura— la investigación afirma que permiten la creación de este devastador fenómeno natural que confirmaría la existencia de la materia oscura.

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La Teoría General de la Relatividad revolucionó la forma en que entendemos la gravedad, proponiendo que los objetos masivos como las estrellas y los agujeros negros deforman el mismo tejido del espacio-tiempo como una bola pesada deforma una tela elástica. Es lo que percibimos como gravedad.

Esta teoría también predice la existencia de ondas gravitacionales: ondas en el espacio-tiempo que ocurren cuando los objetos masivos se mueven o chocan. Estas olas viajan a través del universo a la velocidad de la luz, llevando consigo información sobre sus orígenes.

La emisión estimulada, por otra parte, es el proceso que sustenta el funcionamiento de los láseres: un fotón (una partícula de luz) estimula un átomo, haciendo que libere otro fotón. Este segundo fotón coincide con el primero en longitud de onda, fase y dirección, lo que lleva a un efecto en cascada que produce un haz de luz coherente y enfocado: el rayo láser.

Los láseres gravitacionales

En el estudio de Jing Liu —un astrofísico de la Universidad de la Academia China de Ciencias— la interacción entre las ondas gravitacionales y una forma especial de materia oscura formada por axiones pueden combinarse en láser gravitacional. Los axiones, en teoría, son partículas ultraligeras que pueden formar una parte significativa de la materia oscura en el universo.

El estudio de Jing Liu depende de la interacción entre los axiones y los agujeros negros. En teoría, los axiones tendrían una naturaleza doble onda-partícula —como los fotones— y grandes longitudes de onda. Estas propiedades les permiten formar nubes densas alrededor de los agujeros negros, en lugar de ser absorbidos por ellos, creando una especie de ‘átomo’ de dimensiones. cósmicas donde el agujero negro actúa como núcleo y los axiones como electrones en órbita. Cuando un agujero negro emite ondas gravitacionales en la longitud de onda correcta, éstas estimularían la nube de axiones.

Cuando un agujero negro emite ondas gravitacionales, afirma Liu, estas ondas pueden interactuar con la nube de axiones. Si la frecuencia de las ondas gravitacionales coincide con la frecuencia natural de los axiones, se produce una resonancia. Esta resonancia estimula a los axiones para que emitan sus propias ondas gravitacionales. El proceso es similar al de la emisión estimulada en los láseres, donde un fotón induce la emisión de otro hasta la creación de un haz de luz concentrada.

En exte caso, las ondas gravitacionales emitidas por los axiones pueden, a su vez, estimular más axiones, amplificando el proceso en un efecto en cascada. Esta amplificación daría lugar a un haz concentrado de ondas gravitacionales: el llamado láser gravitacional. Este haz sería un nuevo tipo de señal de onda gravitacional, distinta a las observadas actualmente en eventos como las fusiones de agujeros negros.

Una observación difícil con grandes consecuencias

El láser gravitacional, afirma el estudio, sería un fenómeno raro debido a las condiciones específicas requeridas para su formación. Las condiciones requeridas para su ocurrencia —el tipo correcto de agujero negro, la presencia de una densa nube de axiones y la resonancia perfecta de las ondas gravitacionales— son muy específicas y poco comunes. Además, la naturaleza direccional del láser gravitacional significa que es difícil que apunten a la Tierra, lo que los haría muy difíciles de observar. Sin embargo, las implicaciones de su existencia son enormes.

Si observamos uno de estos láseres gravitacionales, los científicos confirmarían la existencia de axiones y contribuirían significativamente a nuestra comprensión de la materia oscura, sino que también ofrecerían nuevas ideas sobre el comportamiento de los agujeros negros y la naturaleza de las ondas gravitacionales.

Futuros observatorios de ondas gravitacionales como LISA —una nueva red espacial láser de la NASA y ESA— pueden proporcionar los medios para detectar estos fenómenos por ahora teóricos, ofreciendo una nueva lente a través de la cual ver y comprender el cosmos.