LIGO, Virgo y KAGRA detectan la fusión de agujeros negros más masiva hasta la fecha
La colaboración LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) ha detectado la fusión de los agujeros negros más masivos jamás observados mediante ondas gravitacionales, utilizando los observatorios LIGO, financiados por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF). Esta potente fusión produjo un agujero negro final con una masa aproximadamente 225 veces mayor que la de nuestro Sol. La señal, denominada GW231123, se detectó durante la cuarta fase de observación de la red LVK, el 23 de noviembre de 2023.
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| Infografía que describe las características de este curioso descubrimiento. (Crédito: Simona J. Miller / Caltech) |
LIGO, el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser, hizo historia en 2015 al realizar la primera detección directa de ondas gravitacionales, perturbaciones en el espacio-tiempo. En ese caso, las ondas emanaron de la fusión de dos agujeros negros que dio como resultado un agujero negro final con una masa 62 veces mayor que la de nuestro Sol. La señal fue detectada conjuntamente por los dos detectores de LIGO, uno ubicado en Livingston, Luisiana, y el otro en Hanford, Washington.
Desde entonces, el equipo de LIGO se ha asociado con sus socios en el detector Virgo en Italia y KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector) en Japón para formar la Colaboración LVK. Estos detectores han observado en conjunto más de 200 fusiones de agujeros negros en su cuarta fase de observación, y alrededor de 300 en total desde el inicio de la primera fase en 2015.
Hasta ahora, la fusión de agujeros negros más masiva —producida por un evento que tuvo lugar en 2021 llamado GW190521— tenía una masa total 140 veces mayor que 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 aproximadamente 100 y 140 veces mayores que la del Sol.
Además de su gran masa, los agujeros negros también giran rápidamente.
«Este es el sistema binario de agujeros negros más masivo que hemos observado mediante ondas gravitacionales, y supone 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 por los modelos estándar de evolución estelar. Una posibilidad es que los dos agujeros negros de este sistema binario se hayan formado mediante fusiones previas de agujeros negros más pequeños».
Dave Reitze, director ejecutivo de LIGO en Caltech, afirma: "Esta observación demuestra una vez más cómo las ondas gravitacionales están revelando de manera única la naturaleza fundamental y exótica de los agujeros negros en todo el universo".
Un sistema que batió récords
La gran masa y la rotación extremadamente rápida de los agujeros negros en GW231123 ponen a prueba los límites tanto de la tecnología de detección de ondas gravitacionales como de los modelos teóricos actuales. Para obtener información precisa de la señal, fue necesario utilizar modelos que tuvieran en cuenta la compleja dinámica de los agujeros negros con alta rotación.
«Los agujeros negros parecen girar muy rápidamente, 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 la modelización e 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 eventos tan extremos. "La comunidad tardará años en desentrañar por completo este intrincado 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 la fusión de agujeros negros, escenarios más complejos podrían ser la clave para descifrar sus características inesperadas. ¡Nos esperan tiempos apasionantes!".
Explorando los límites de la astronomía de ondas gravitacionales
Los detectores de ondas gravitacionales como LIGO, Virgo y KAGRA están diseñados para medir distorsiones minúsculas en el espacio-tiempo causadas por eventos cósmicos violentos. La cuarta fase de observación comenzó en mayo de 2023, y las observaciones adicionales de la primera mitad de esta fase (hasta enero de 2024) se publicarán a finales del verano.
«Este evento lleva nuestras capacidades de instrumentación y análisis de datos al límite de lo que es posible actualmente», 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 de cuánto más queda por descubrir».
GW231123 se presentará en la 24.ª Conferencia Internacional sobre Relatividad General y Gravitación (GR24) y en la 16.ª Conferencia Edoardo Amaldi sobre Ondas Gravitacionales, que se celebrarán conjuntamente en el marco de la reunión GR-Amaldi en Glasgow, Escocia, Reino Unido, del 14 al 18 de julio de 2025. Los datos calibrados utilizados para detectar y estudiar GW231123 estarán disponibles para que otros investigadores los analicen a través del Centro de Ciencia Abierta de Ondas Gravitacionales (GWOSC).
Enlace de interés
- Artículo científico: GW231123: THE MOST MASSIVE BLACK HOLE BINARY DETECTED THROUGH GRAVITATIONAL WAVES.
Publicado en LIGO el 15 de julio del 2025, enlace publicación.
