Dos fusiones distintas de agujeros negros arrojan nueva luz sobre la naturaleza de su formación y evolución
Fusión de agujeros negros binarios [Crédito de la imagen: Carl Knox, OzGrav, Universidad Tecnológica de Swinburne]
Fuente LIGO/Virgo/KAGRA (Observatorios de Ondas Gravitacionales)
Un par de fusiones de agujeros negros cósmicos distantes, medidas con tan solo un mes de diferencia a finales de 2024, están mejorando la comprensión científica de la naturaleza y la evolución de las colisiones más violentas en el espacio profundo de nuestro Universo. Los datos recopilados de las fusiones también validan, con una precisión sin precedentes, leyes fundamentales de la física predichas hace más de 100 años por Albert Einstein y fomentan la búsqueda de nuevas partículas elementales aún desconocidas con el potencial de extraer energía de los agujeros negros.
La primera fusión detectada, GW241011, ocurrió a unos 700 millones de años luz de distancia y fue el resultado de la colisión de dos agujeros negros con masas de aproximadamente 20 y 6 veces la del Sol. El mayor de los agujeros negros en GW241011 se registró como uno de los agujeros negros con rotación más rápida observados hasta la fecha. La segunda fusión, GW241110, tuvo lugar a unos 2400 millones de años luz de distancia e involucró agujeros negros con masas de aproximadamente 17 y 8 veces la del Sol. Si bien la mayoría de los agujeros negros observados giran en la misma dirección que su órbita, se observó que el agujero negro principal de GW241110 giraba en dirección opuesta a la suya, un fenómeno sin precedentes.
Curiosamente, ambas fusiones detectadas apuntan a la posibilidad de agujeros negros de «segunda generación». «GW241011 y GW241110 se encuentran entre los eventos más novedosos de los cientos que ha observado la red LIGO-Virgo-KAGRA», afirma Stephen Fairhurst, profesor de la Universidad de Cardiff y portavoz de la Colaboración Científica LIGO. «Dado que ambos eventos presentan un agujero negro significativamente más masivo que el otro y que gira rápidamente, proporcionan una evidencia tentadora de que estos agujeros negros se formaron a partir de fusiones previas de agujeros negros». Este proceso, denominado fusión jerárquica, sugiere que estos sistemas se formaron en entornos densos, en regiones como los cúmulos estelares, donde es más probable que los agujeros negros choquen y se fusionen repetidamente.
«Estas dos fusiones de agujeros negros binarios nos ofrecen algunas de las perspectivas más fascinantes hasta la fecha sobre los primeros años de los agujeros negros», afirmó Thomas Callister, coautor y profesor adjunto del Williams College. «Nos enseñan que algunos agujeros negros existen no solo como individuos aislados, sino probablemente como miembros de un grupo denso y dinámico. De cara al futuro, esperamos que estos eventos y otras observaciones nos permitan comprender mejor los entornos astrofísicos que albergan estos grupos».
La precisión con la que se midió GW241011 también permitió poner a prueba predicciones clave de la teoría de la relatividad general de Einstein en condiciones extremas. El equipo de investigación halló una excelente concordancia con la solución de Kerr y verificó la predicción de Einstein con una precisión sin precedentes. El descubrimiento también tuvo otra aplicación: en la física de partículas. La observación de que el agujero negro masivo en el sistema binario que emitió GW241011 continúa girando rápidamente incluso millones o miles de millones de años después de su formación descarta un amplio rango de masas de bosones ultraligeros predichos por algunas extensiones del Modelo Estándar de la física de partículas.
Referencia
- A. G. Abac et al.»GW241011 and GW241110: Exploring Binary Formation and Fundamental Physics with Asymmetric, High-spin Black Hole Coalescences», 2025 ApJL 993 L21. DOI 10.3847/2041-8213/ae0d54
