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En el último trimestre de 2024, los astrónomos detectaron dos colisiones extraordinarias de agujeros negros con apenas un mes de diferencia, eventos que están cambiando nuestra comprensión de los fenómenos más extremos del universo. Estas fusiones gemelas no solo ofrecen información sobre la formación y evolución de los agujeros negros, sino que también representan algunas de las confirmaciones más precisas hasta ahora de la teoría general de la relatividad de Einstein. Además, estos hallazgos podrían ayudar a los científicos a buscar nuevas partículas capaces de extraer energía de los agujeros negros.
Publicado el 28 de octubre en The Astrophysical Journal Letters, la colaboración internacional LIGO-Virgo-KAGRA detalló dos señales de ondas gravitacionales con patrones de giro muy inusuales, registradas en octubre y noviembre de 2024. Estas señales revelan colisiones cósmicas que antes solo se habían teorizado.
Las ondas gravitacionales son sutiles ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo producidas cuando objetos masivos, como los agujeros negros, chocan entre sí. El primer evento, GW241011, ocurrió el 11 de octubre a unos 700 millones de años luz, cuando dos agujeros negros —uno de 20 veces la masa del Sol y otro de 6— se fusionaron. El más grande de los dos gira más rápido que casi cualquier agujero negro observado hasta ahora.
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Infografías GW241011 y GW241110 de Shanika Galaudage / Universidad Northwestern / Planetario Adler. Crédito: Shanika Galaudage / Universidad Northwestern / Planetario Adler. |
Un mes después, se detectó GW241110, a unos 2.4 mil millones de años luz, con agujeros negros de 17 y 8 masas solares. De forma sorprendente, el agujero negro principal giraba en dirección opuesta a su órbita, una observación inédita que desafía las ideas previas sobre la dinámica de estos objetos.
“Cada nueva detección es tanto un descubrimiento astrofísico como un laboratorio para poner a prueba las leyes de la física”, afirma Carl-Johan Haster, profesor asistente de la Universidad de Nevada, Las Vegas. “Predijimos la existencia de estos binarios basándonos en datos anteriores, pero ahora tenemos evidencia directa de su existencia”.
Desde que Einstein predijo las ondas gravitacionales en 1916, la ciencia ha avanzado mucho. Su existencia se confirmó indirectamente en los años 70, pero no fue hasta 2015 cuando LIGO detectó directamente ondas creadas por la fusión de agujeros negros. Hoy, la red LIGO-Virgo-KAGRA, actualmente en su cuarto ciclo de observación (O4), ha identificado alrededor de 300 fusiones de agujeros negros, incluyendo eventos recientes como GW241011 y GW241110.
Estos eventos sugieren que algunos agujeros negros podrían ser de “segunda generación”, formados a partir de restos de fusiones anteriores. Stephen Fairhurst, profesor en la Universidad de Cardiff y portavoz de LIGO, explica: “Con un agujero negro significativamente más masivo que su compañero y girando rápidamente, estas fusiones ofrecen evidencia contundente de que algunos agujeros negros se forman a partir de choques previos”.
Los investigadores notaron características sorprendentes, como diferencias extremas de masa entre los pares y direcciones de giro inusuales. Estos patrones apuntan a fusiones jerárquicas, donde los agujeros negros en regiones densas, como cúmulos estelares, chocan varias veces durante sus vidas. “Estas fusiones nos enseñan que los agujeros negros a menudo viven en entornos densos y dinámicos, no aislados”, comenta Thomas Callister, profesor asistente en Williams College.
La precisión de GW241011 permitió a los científicos probar la teoría de Einstein en condiciones extremas. Su rápido giro deformó ligeramente la forma del agujero negro, dejando una firma distintiva en las ondas gravitacionales. Los resultados coincidieron con las predicciones de la solución de Kerr para agujeros negros rotatorios, confirmando la relatividad general con una exactitud sin precedentes. La diferencia de masas de la colisión también produjo un raro “armónico superior”, un tipo de overtone en las ondas gravitacionales similar a notas musicales, observado claramente solo por tercera vez.
Más allá de la astrofísica, los agujeros negros giratorios permiten explorar la física de partículas. Algunas partículas teóricas, llamadas bosones ultraligeros, podrían extraer energía de estos agujeros negros. La rápida rotación del agujero negro masivo en GW241011 descarta un amplio rango de posibles masas para estos bosones, acotando la búsqueda de estas partículas elusivas. Las futuras mejoras en LIGO, Virgo y KAGRA permitirán observaciones aún más precisas, profundizando nuestra comprensión tanto de la formación de agujeros negros como de la física fundamental.
Joe Giaime, director del observatorio LIGO Livingston, añade: “Una mayor sensibilidad de los detectores nos permite captar detalles sutiles en las ondas gravitacionales, revelando secretos de los agujeros negros que antes eran inaccesibles”.
Fuentes, créditos y referencias: