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El legado de la Teoría de Einstein en simulaciones computacionales

Reyna Alejandra Fonseca Velázquez
22/jun/2015

Motivado por entender la teoría de Einstein en sus límites más extremos José Torres, estudiante del Posgrado de Física con la tutoría del experto en relatividad en México, Miguel Alcubierre, investigador y director del del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM, reformula la teoría de Einstein para la gravitación desde una visión computacional.

“En este momento estamos en un punto en que el que los astrónomos y muchos científicos estamos abriendo una ventana para la astronomía” expone José Torres, quien está por concluir sus estudios de doctorado y quien presentó su investigación en el Seminario de Estudiantes del IFUNAM el 18 de mayo.

La ventana de la que habla es una predicción de la teoría de Einstein acerca de la generación de ondas gravitacionales, que son un tipo de señales análogas a las del espectro electromagnético propagadas en el mismo campo gravitacional. Estas ondas, según la teoría, son ondulaciones en el espacio tiempo provocadas por objetos muy masivos y acelerados, que, de acuerdo con la predicción, se transmiten a la velocidad de la luz.

Hay una serie de experimentos desarrollándose, básicamente detectores, que pretenden medir directamente las señales de este tipo. Los hay en todo el mundo y, en la actualidad, están por alcanzar la más alta sensitividad teórica.

Los detectores que miden estas ondulaciones en el espacio tiempo se llaman interferómetros, y pueden medir las variaciones de energía en regiones muy pequeñas del espacio al utilizar el efecto de interferencia de la luz que reciben del espacio.

Los patrones de interferencia se observarían como anillos concéntricos oscuros y luminosos intercalados. La cantidad de anillos observados (ya sean luminosos u oscuros) cambian muy rápidamente con variaciones de distancia, lo cual hace de los interferómetros aparatos muy precisos, pues esta cantidad determina la longitud de onda de la luz proveniente del evento que se estudia y por tanto también la distancia a la que se encuentra.

Sin embargo, hay que predecir qué es lo que van a medir estos detectores porque puede ser que los datos no correspondan al fenómeno que se pretende medir, por eso hay personas como José Torres, que se encargan de predecir teóricamente como serían las energías de las ondas gravitacionales para después cotejar con los datos experimentales de los interferómetros.

“Buscamos configuraciones que representen los problemas que nos interesan; colisión de agujeros negros con carga eléctrica. Se sigue la evolución y se obtienen los datos que representan el problema”, explica Torres.

Las simulaciones que han llevado a cabo de la colisión frontal de agujeros negros son las primeras que se han desarrollado totalmente en México.

El campo eléctrico en una colisión de agujeros negros con cargas eléctricas opuestas. Al final de la colisión los campos eléctricos se anulan.

“En particular hemos comenzado a estudiar la colisión de agujeros negros con carga electromagnética para estudiar la correlación entre señales de ondas gravitacionales y radiación gravitacional emitida por este tipo de eventos”, explica el investigador.

La expectativa de José Torres es que su simulación se convierta en una herramienta para ampliar la comprensión de los eventos astrofísicos altamente energéticos, ya sea analizando su comportamiento mediante estudios numéricos o bien buscando predicciones en escenarios aún no explorados que puedan verificarse o refutarse con observaciones experimentales.

Para extender este trabajo, José Torres plantea que entre sus intereses está el estudio de la colisión de agujeros negros mientras llevan a cabo un proceso de incremento de materia interestelar, porque los agujeros negros generalmente son masivos y por la ley de atracción, esto hace que los objetos cercanos de su alrededor se acerquen y son absorbidos por el agujero, ganando así cada vez más masa.