LIGO detecta la fusión de agujeros negros más masiva hasta la fecha

El Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO, por sus siglas en inglés) detectó el 23 de noviembre de 2023 una colisión que produjo el agujero negro más masivo jamás observado mediante ondas gravitacionales.

La fusión, denominada GW231123, involucró dos agujeros negros de 137 y 103 masas solares, respectivamente, y dio lugar a un objeto final de aproximadamente 225 veces la masa del Sol.

Este descubrimiento presenta un desafío directo a los modelos convencionales de evolución estelar, que predicen la inexistencia de agujeros negros dentro de un rango de masas específico, conocido como la brecha de masas, situada entre 60 y 130 masas solares.

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Un reto para los modelos astrofísicos actuales

De acuerdo con Mark Hannam, físico de LIGO en la Universidad de Cardiff, “no creemos que sea posible formar agujeros negros con esas masas mediante el mecanismo habitual de colapso de una estrella después de su muerte”.

El hallazgo sugiere que los modelos actuales, que consideran que las estrellas masivas explotan en supernovas dejando remanentes más pequeños, podrían ser insuficientes para explicar casos como GW231123.

La masa de los dos agujeros negros fusionados se encuentra por encima del límite predicho por los procesos de colapso estelar estándar.

Altas velocidades de rotación complican el escenario

Otro aspecto relevante es la velocidad de rotación observada. LIGO logró identificar que ambos agujeros negros giraban a tasas cercanas al máximo permitido por la teoría de la relatividad general de Einstein.

Uno de ellos giraba al 90% de ese límite y el otro cerca del 80%, lo que convierte a este evento en uno de los sistemas con mayor rotación jamás medidos por el observatorio.

Estas velocidades de giro son inusuales y pueden ofrecer pistas sobre el origen de estos objetos, pues algunos modelos teóricos predicen rotaciones más lentas en objetos formados por colapso directo.

Hipótesis en competencia: fusión jerárquica y discos de acreción

Los científicos han propuesto varias hipótesis para explicar la presencia de agujeros negros tan masivos.

Una posibilidad es la fusión jerárquica, un proceso en el cual agujeros negros más pequeños colisionan entre sí en cúmulos estelares densos, dando lugar a objetos progresivamente más grandes.

En este escenario, cada fusión produce un agujero negro más masivo, que a su vez puede fusionarse nuevamente.

Otra hipótesis plantea que los agujeros negros podrían haberse formado dentro de discos de gas que orbitan agujeros negros supermasivos, un entorno propicio para la acumulación de masa antes de la colisión.

Sin embargo, ambos escenarios enfrentan dificultades a la hora de reproducir simultáneamente la masa y el giro observados en GW231123.

Un catálogo en crecimiento para LIGO

Con este evento, LIGO suma un nuevo registro a su catálogo de detecciones de ondas gravitacionales, que ya cuenta con más de 200 eventos desde que comenzó sus observaciones.

La señal GW231123 fue presentada durante la Conferencia Internacional sobre Relatividad General y Gravitación en Glasgow, donde la comunidad científica discutió su impacto potencial.

Gregorio Carullo, físico de LIGO en la Universidad de Birmingham, afirmó: “Tomará años para que la comunidad logre descifrar completamente este intrincado patrón de señales y todas sus implicaciones”.

El evento también fue confirmado por la red global de observatorios de ondas gravitacionales, incluyendo las instalaciones de Virgo (Italia) y KAGRA (Japón), lo que permitió triangular con mayor precisión la fuente de la señal y confirmar su intensidad.

bgpa