LIGO detecta colosal fusión de agujeros negros; la más masiva registrada jamás

La Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) ha detectado la fusión de los agujeros negros más masivos jamás observados con ondas gravitacionales utilizando los observatorios LIGO, financiados por la Fundación Nacional de Ciencias de EU (NSF). La potente fusión produjo un agujero negro final con una masa aproximada de 225 veces la de nuestro Sol. La señal, denominada GW231123, se detectó durante el cuarto ciclo de observación de la red LVK el 23 de noviembre de 2023.

LIGO, el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser, hizo historia en 2015 al realizar la primera detección directa de ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio-tiempo. En ese caso, las ondas emanaron de la fusión de dos agujeros negros que dio lugar a un agujero negro final con una masa 62 veces mayor que la de nuestro Sol. La señal fue detectada conjuntamente por los detectores gemelos de LIGO, uno ubicado en Livingston, Luisiana, y el otro en Hanford, Washington, anunció el Instituto Tecnológico de California (Caltech), en un comunicado.

“La colaboración @LIGO reporta la más grande colisión de agujeros negros jamás observada. Uno de los agujeros negros tenía 140 y el otro 100 veces la masa del Sol. ¿Cómo se formaron hoyos negros de ese tamaño? nadie lo sabe”, escribe Gerardo Herrera Corral, físico e investigador del Cinvestav, en X.

Desde entonces, continúa el comunicado, el equipo LIGO se ha unido a socios del detector Virgo en Italia y KAGRA (Detector de Ondas Gravitacionales de Kamioka) en Japón para formar la Colaboración LVK. Estos detectores han observado en conjunto más de 200 fusiones de agujeros negros en su cuarto ciclo de análisis, y alrededor de 300 en total desde el inicio del primer ciclo en 2015.

Debido a la enorme masa de los agujeros negros, los científicos solo pudieron capturar los últimos destellos de las ondas gravitacionales, a aproximadamente 0,1 segundos del final de la colisión. Esto dificulta especialmente la interpretación del evento. Además, estos agujeros negros eran tan extremos que los modelos que los científicos utilizan para interpretar sus propiedades no concordaban plenamente. Esto redujo la certeza sobre sus características. Investigaciones posteriores podrían mejorar la comprensión de las propiedades de los agujeros negros y su formación.

Hasta ahora, la fusión de agujeros negros más masiva —producida por un evento ocurrido en 2021 llamado GW190521— tenía una masa total de 140 veces la del Sol. En el evento más reciente, GW231123, el agujero negro de 225 masas solares se creó por la coalescencia de agujeros negros con masas solares de aproximadamente 100 y 140 veces la del Sol.

Además de sus elevadas masas, los agujeros negros también giran rápidamente. “Este es el sistema binario de agujeros negros más masivo que hemos observado mediante ondas gravitacionales y representa un verdadero desafío para nuestra comprensión de la formación de agujeros negros”, afirma Mark Hannam, de la Universidad de Cardiff y miembro de la Colaboración LVK.

“Los agujeros negros de esta masa están prohibidos en los modelos estándar de evolución estelar. Una posibilidad es que los dos agujeros negros de este sistema binario se formaran mediante fusiones previas de agujeros negros más pequeños”.

“Esta observación demuestra una vez más cómo las ondas gravitacionales revelan de forma única la naturaleza fundamental y exótica de los agujeros negros en todo el universo”, refirió Dave Reitze, director ejecutivo de LIGO en Caltech.

Herrera Corral añade en la red social: “Los agujeros negros observados en colisión por el experimento @LIGO están en la franja prohibida superior, donde los modelos teóricos predicen que no existen hoyos negros - de ese tamaño. La mayoría de los observados hasta ahora son menores que 50 veces la masa del Sol”.

UN SISTEMA SIN PRECEDENTES.

La elevada masa y la rotación extremadamente rápida de los agujeros negros en GW231123 superan los límites tanto de la tecnología de detección de ondas gravitacionales como de los modelos teóricos actuales. Extraer información precisa de la señal requirió el uso de modelos que tengan en cuenta la compleja dinámica de los agujeros negros de alta rotación.

“Los agujeros negros parecen girar muy rápido, cerca del límite permitido por la teoría de la relatividad general de Einstein”, explica Charlie Hoy, de la Universidad de Portsmouth y miembro del LVK. “Esto dificulta el modelado y la interpretación de la señal. Es un excelente caso de estudio para impulsar el desarrollo de nuestras herramientas teóricas”.

Los investigadores continúan perfeccionando sus análisis y mejorando los modelos utilizados para interpretar estos eventos extremos. “La comunidad tardará años en desentrañar por completo este complejo patrón de señales y todas sus implicaciones”, afirma Gregorio Carullo, de la Universidad de Birmingham y miembro del LVK.

“Aunque la explicación más probable sigue siendo una fusión de agujeros negros, escenarios más complejos podrían ser la clave para descifrar sus características inesperadas. ¡Nos esperan tiempos emocionantes!”.

LOS LÍMITES DE LA ASTRONOMÍA.

Los detectores de ondas gravitacionales como LIGO, Virgo y KAGRA están diseñados para medir pequeñas distorsiones en el espacio-tiempo causadas por eventos cósmicos violentos. El cuarto ciclo de observación comenzó en mayo de 2023, y las observaciones adicionales de la primera mitad del ciclo (hasta enero de 2024) se publicarán a finales de verano.

“Este evento lleva nuestra instrumentación y capacidad de análisis de datos al límite de lo que es actualmente posible”, afirma Sophie Bini, investigadora postdoctoral en Caltech y miembro del LVK. “Es un ejemplo contundente de cuánto podemos aprender de la astronomía de ondas gravitacionales y cuánto aún queda por descubrir”.

GW231123 se presentó en la 24.ª Conferencia Internacional sobre Relatividad General y Gravitación (GR24) y la 16.ª Conferencia Edoardo Amaldi sobre Ondas Gravitacionales, que se celebrarán conjuntamente en la reunión GR-Amaldi en Glasgow, Escocia, Reino Unido, del 14 al 18 de julio de 2025.

“El descubrimiento de #GW231123 se anunció hoy a los científicos presentes en la reunión #GR24Amaldi16 con las charlas de Amanda Farah y Sophie Bini”, se lee en las redes sociales de LIGO. “Científicos internacionales se enteraron de cómo analizamos una señal tan inusual y de lo que podría significar para nuestra comprensión de la formación de los agujeros negros”.

Los datos calibrados utilizados para detectar y estudiar GW231123 se pondrán a disposición de otros investigadores para su análisis a través del Centro de Ciencia Abierta de Ondas Gravitacionales (GWOSC).