Los físicos han detectado la fusión más grande de los agujeros negros colisionados. El descubrimiento tiene importantes implicaciones para la comprensión de los investigadores de cómo crecen tales cuerpos en el universo.
“Es muy emocionante”, dice Priyamvada Natarajan, un astrofísico teórico de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut, que no participó en la investigación. La fusión estaba entre agujeros negros con masas demasiado grandes para que los físicos expliquen fácilmente. “Estamos viendo estos agujeros negros de alta masa prohibidos”, dice ella.
El descubrimiento fue hecho por el Interferómetro láser Observatorio de onda gravitacional (Ligo), una instalación que involucra a dos detectores en los Estados Unidos. Llega en un momento en que los fondos de EE. UU. Para la detección de ondas gravitacionales se enfrentan a recortes devastadores. Los resultados, lanzados como preimpresión en el arxiv servidor1fueron presentados en el Gr-amaldi Reunión de ondas gravitacionales en Glasgow, Reino Unido, el 14 de julio.
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Masa prohibida
LIGO detecta las ondas gravitacionales disparando láser por los brazos largos en forma de L. Los cambios minúsculos en la longitud del brazo revelan el paso de ondas gravitacionales a través del planeta. Las olas son ondas en el espacio-tiempo, causadas por cuerpos masivos que se aceleran, como cuando dos agujeros negros inspirados o estrellas de neutrones se fusionan.
Se han observado cientos de estas fusiones utilizando ondas gravitacionales desde Primera detección de Ligo en 2015. Pero esta última detección, realizada en noviembre de 2023, es la más grande hasta ahora. Al modelar la señal detectada por LIGO, los científicos han calculado que el evento, denominado GW231123, fue causado por dos agujeros negros con masas de aproximadamente 100 y 140 veces que el sol del sol se fusionó para formar un agujero negro final que pesaba en unas 225 masas solares.
“Es el mas masivo [merger] Hasta ahora “, dice Mark Hannam, físico de la Universidad de Cardiff, Reino Unido, y parte de la colaboración LVK, una red más amplia de detectores de ondas gravitacionales que abarca Ligo, Virgo en Italia y Kagra en Japón. Es” aproximadamente un 50% más que el titular de récords anterior “, dice.
La mayoría de los eventos capturados por LIGO implican agujeros negros de masa estelares, aquellos que van de unas pocas a 100 veces la masa del sol, que se cree que se forman cuando las estrellas masivas terminan sus vidas como supernovas. Sin embargo, los dos agujeros negros involucrados en GW231123 caen en o cerca de un rango predicho, de 60-130 masas solares, en las que no se espera que este proceso funcione, con teorías que predicen que las estrellas deben ser destrozadas. “Así que probablemente no se formaron con este mecanismo normal”, dice Hannam.
En cambio, los dos agujeros negros probablemente se formaron a partir de eventos de fusión anteriores: fusiones jerárquicas de cuerpos masivos que condujeron al evento detectado por LIGO, que se estima que ocurrió 0.7 a 4.1 mil millones de parsecs de distancia (2.3-13.4 mil millones de años luz).
Es como “cuatro abuelos que se fusionan en dos padres que se fusionan en un agujero negro de un bebé”, dice Alan Weinstein, físico del Instituto de Tecnología de California en Pasadena y también parte de la colaboración LVK.
Los modelos de los agujeros negros también sugieren que estaban girando extremadamente rápido, aproximadamente 40 veces por segundo, que está cerca del límite de lo que la teoría general de la relatividad de Einstein predice que los agujeros negros pueden alcanzar mientras se mantienen estables. “Están girando muy cerca del giro máximo permitido”, dice Weinstein.
Tanto el giro como la masa podrían proporcionar pistas sobre cómo crecen los agujeros negros en el universo. Una de las preguntas más importantes en la astronomía es cómo los agujeros negros más grandes, los agujeros negros supermasivos encontrados en los centros de galaxias como la Vía Láctea, crecieron en el cosmos temprano.
Aunque hay mucha evidencia de la existencia de agujeros negros de masa estelares y agujeros negros supermasivos, los de más de un millón de masas solares, agujeros negros de masa intermedia En el rango de 100 a 100,000 masas solares han sido más difíciles de encontrar. “No los vemos”, dice Natarajan.
La última detección podría decirnos que “estos agujeros negros de masa intermedia de varios cientos de masas solares juegan un papel en la evolución de las galaxias”, dice Hannam, tal vez a través de fusiones jerárquicas, lo que podría aumentar la velocidad de giro, así como la masa, de los agujeros negros resultantes. “Poco a poco, estamos construyendo una lista del tipo de agujeros negros que existen”, dice.
Recorta por delante
Ese crecimiento en el conocimiento podría verse obstaculizado por la administración del presidente estadounidense Donald Trump y sus recortes propuestos a la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, que dirige LIGO. Según la propuesta, uno de los dos observatorios de ondas gravitacionales de Ligo estaría cerrado.
En el momento de esta detección en noviembre de 2023, Virgo y Kagra no estaban operativos. Sin dos detectores, los científicos no habrían estado seguros de haber hecho una detección real de dos agujeros negros fusionados, dice Hannam. “Debido a que teníamos dos detectores, vimos el mismo error al mismo tiempo”, dice.
El cierre de uno de los observatorios sería “catastrófico”, dice Natarajan. “Este descubrimiento no sería posible si un brazo fuera apagado”.
Actualizaciones planificadas a Ligo en los próximos años, y la adición de nuevos detectores en todo el mundo, incluido uno en la Indiapodría aumentar en gran medida las capacidades de los físicos en la investigación de ondas gravitacionales, un área de astronomía que todavía está en su infancia.
“Vamos a ver miles de agujeros negros en los próximos años”, dice Hannam. “Hay una gran inversión que se ha hecho, y solo está empezando a dar sus frutos”.
Este artículo se reproduce con permiso y fue Primero publicado el 15 de julio de 2025.