La colaboración LIGO-Virgo-KAGRA ha detectado el agujero negro más masivo producido por la colisión de dos agujeros negros. Ha sido posible gracias a la detección de ondas gravitacionales con la ayuda de los observatorios LIGO. Es la fusión de dos agujeros negros absolutamente monstruosos…
El agujero negro más masivo producto de una colisión
Esta potente colisión de agujeros negros ha dado como resultado un agujero negro final con una masa aproximada de 225 veces la del Sol. Es decir, tiene 225 masas solares. La señal, designada GW231123, fue detectada durante la cuarta campaña de observación de la red LVK (por las siglas de los observatorios) el 23 de noviembre de 2023. LIGO hizo historia en 2015 cuando logró detectar por primera vez ondas gravitacionales. En esa ocasión, procedían de una colisión de agujeros negros que dio como resultado un agujero negro final con 62 masas estelares.
La señal fue captada por ambos detectores de LIGO, uno ubicado en Livingston, Luisiana, y el otro en Hanford, Washington (ambos en Estados Unidos). Desde entonces, el equipo de LIGO se ha unido a otros socios con el detector Virgo, en Italia, y KAGRA (por las siglas en inglés de Detector de ondas gravitacionales de Kamioka), en Japón, para formar la colaboración LVK. Estos detectores han observado, en conjunto, más de 200 colisiones de agujeros negros en su cuarta campaña. En total, han observado unas 300 desde que comenzase la primera campaña en 2015. Hasta ahora, la colisión más masiva tuvo lugar en evento que se detectó en 2021, llamado GW190521.
El agujero negro final tenía una masa de 140 veces la del Sol. En la detección más reciente, la de GW231123, el agujero negro de 225 masas solares se produjo por la fusión de dos agujeros negros con 100 y 140 masas solares, respectivamente. Además de sus altas masas, los agujeros negros también estaban rotando muy rápidamente. Es el sistema binario de agujeros negros más masivo que se ha observado por medio de las ondas gravitacionales, como cuentan los investigadores, y presenta todo un desafío sobre nuestra comprensión de la formación de agujeros negros.
Agujeros negros prohibidos por otros mecanismos
Como explica el equipo, los agujeros negros tan masivos no pueden formarse por medio de los modelos de evolución estelar estándar. Una posibilidad es que los dos agujeros negros en este sistema binario se formasen, a su vez, por medio de colisiones anteriores de agujeros negros más pequeños. La observación, añaden, demuestra una vez más cómo las ondas gravitacionales son capaces de desvelar la naturaleza exótica y fundamental de los agujeros negros a lo largo del universo. La detección de GW231123 va un paso todavía más lejos.
La alta masa y la rápida velocidad de rotación de los agujeros negros han llevado al límite tanto las detecciones de ondas gravitacionales como los modelos teóricos actuales. Extraer información precisa de la señal requirió de modelos que fuesen capaces de tener en cuenta la compleja dinámica de agujeros negros con una rotación muy rápida. Los agujeros negros parecen estar girando muy rápidamente, explican. Tanto que estarían cerca del límite que permite la teoría de la relatividad general del célebre Albert Einstein.
Eso hace que la señal sea difícil de modelar e interpretar. Es un caso fantástico de estudio, explican, para llegar más lejos en el desarrollo de las herramientas teóricas. Los investigadores han seguido refinando su análisis y mejorando los modelos utilizados para interpretar estos fenómenos tan extremos. La comunidad, explican, tardará años en lograr desenmarañar por completo esta compleja señal y todas sus implicaciones. La explicación más probable es que la señal se deba a una enorme colisión entre agujeros negros, pero hay otros escenarios más complejos.
Un agujero negro masivo que lleva al límite la detección de ondas gravitacionales
Esos escenarios serían la llave para descifrar algunos aspectos más sorprendentes. Los detectores de ondas gravitacionales, como LIGO, Virgo y KAGRA están diseñados para medir distorsiones en el espacio-tiempo provocadas por fenómenos cósmicos violentos. La cuarta campaña de observación comenzó en mayo de 2023 y las observaciones adicionales de la primera mitad de esa campaña (hasta enero de 2024) se publicarán más adelante, en este mismo verano. Esta detección, insisten los investigadores, es un paso más allá en nuestra capacidad de detección.
Lleva al límite a la instrumentación y la capacidad de análisis de datos. Es un ejemplo muy poderoso de lo mucho que se puede aprender con la astronomía de ondas gravitacionales y de lo mucho que queda por descubrir en los próximos años. Los datos calibrados utilizados para detectar y estudiar GW231123 estarán disponibles para otros investigadores, que podrán analizarlas por su propia cuenta. Todos los datos de esta colisión son tremendos. Los dos agujeros negros estaban rotando a una velocidad entre el 80 y el 90% del máximo posible.
Para ponerlo en perspectiva, es el equivalente a 400 000 veces la velocidad de rotación de la Tierra. El campo del estudio de las ondas gravitacionales ya ha cumplido una década, pero todavía estamos profundizando en un campo que solo se puede estudiar así. Las colisiones de agujeros negros no se pueden detectar en el espectro electromagnético y, por tanto, entender la capacidad de los detectores y los modelos teóricos es vital para poder ir más lejos. ¿Cuánto habrá que esperar para descubrir colisiones incluso más masivas?
Estudio
El estudio se presentará en una conferencia (24th International Conference on General Relativity and Gravitation (GR24) and the 16th Edoardo Amaldi Conference on Gravitational Waves) que se celebra entre el 14 y el 18 de julio en Glasgow, Escocia.
Referencias: Phys
