La Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) ha anunciado la detección de la fusión de los agujeros negros más masivos jamás observados mediante ondas gravitacionales, utilizando los observatorios LIGO en Hanford y Livingston, en Estados Unidos.
Investigadores del grupo Gravity de la Universitat de las Illes Balears (UIB), liderados por Alícia Sintes, han tenido una participación destacada en la detección de la fusión, que produjo un agujero final con más de 225 veces la masa del Sol.
La señal, designada GW231123, fue observada durante la cuarta campaña de observación de la red LVK, concretamente el 23 de noviembre de 2023. Los dos agujeros negros que se fusionaron tenían aproximadamente 100 y 140 veces la masa del Sol. Además de su gran masa, ambos giran rápidamente, lo que convierte esta señal en un reto único para interpretar y sugiere la posibilidad de una historia de formación compleja.
Este descubrimiento supone un desafío para la comprensión actual de la formación de agujeros negros, ya que los modelos estándar de evolución estelar no contemplan la existencia de objetos tan masivos. Una explicación plausible es que los agujeros negros que formaban este sistema binario se originaron a partir de fusiones previas de agujeros negros más pequeños, lo que implicaría un proceso evolutivo más complejo de lo que se pensaba hasta ahora.
Hasta la fecha, se han observado aproximadamente 100 fusiones de agujeros negros mediante ondas gravitacionales. Hasta ahora, el sistema binario más masivo era el origen de la señal GW190521, con una masa total mucho menor de 140 veces la del Sol.
Como en otros descubrimientos clave en la astronomía de ondas gravitacionales realizados durante los últimos 10 años, el Grup de Física Gravitacional: Teoria i Observació (Gravity) de la UIB ha desempeñado un papel importante en este descubrimiento y en su interpretación astrofísica.
El análisis de este evento exigió comparar cuidadosamente distintos modelos de forma de onda para entender mejor las incertidumbres en la medición de la señal.
Cuatro de los cinco modelos utilizados fueron desarrollados en la UIB, en el marco de un programa de larga trayectoria liderado por Sascha Husa, o bien incluyen contribuciones clave del equipo de la Universitat a través de sus miembros Marta Colleoni, Eleanor Hamilton, Antoni Ramos y David Keitel.
Asimismo, dos doctorandos del grupo, Alícia Calafat y Jorge Valencia, formaban parte del equipo del turno de estimación de parámetros de la Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA cuando se detectó el evento en noviembre de 2023, lo que significa que estuvieron entre los primeros científicos en trabajar en el análisis de sus parámetros astrofísicos, como las masas y los giros.
Por su parte, Eleanor Hamilton foma parte del selecto grupo de 12 investigadores internacionales que tuvo la responsabilidad principal de redactar la publicación científica sobre este evento.
El grupo de la UIB ha sido pionero en España en participar en la observación de ondas gravitacionales en el marco de las grandes colaboraciones científicas internacionales, pero el campo ha crecido también a nivel nacional, incluyendo ahora a varios otros grupos que participan en la Colaboración Científica LIGO y la Colaboración Virgo, contribuyendo tanto al desarrollo instrumental como al análisis astrofísico de las observaciones.
La señal GW231123, con sus propiedades excepcionales, demuestra que el campo de la astronomía de ondas gravitacionales está más vivo que nunca, coincidiendo con el décimo aniversario de la trascendental primera detección de ondas gravitacionales procedentes de un sistema binario de agujeros negros, GW150914, realizada en septiembre de 2015 y anunciada al mundo en febrero de 2016, con la participación de investigadores de la UIB en este avance histórico.
Para celebrar este hito histórico, el instituto IAC3 de la UIB organizará un evento de tres días del 15 al 17 de septiembre, con el apoyo de la red estratégica Redongra para la física de ondas gravitacionales en España. Este evento incluirá un encuentro científico internacional que reunirá a destacados investigadores de toda España y del extranjero para celebrar una década de descubrimientos y para definir el futuro del campo, así como actividades de divulgación en la Universitat y en Palma.
La alta masa y la rotación extremadamente rápida de los agujeros negros en GW231123 llevan al límite tanto la tecnología de detección de ondas gravitacionales como los modelos teóricos actuales. Extraer información precisa de la señal requirió el uso de modelos teóricos que tienen en cuenta la compleja dinámica de agujeros negros con gran rotación.
De la información extraída, se desprende que los agujeros negros parecen estar girando muy rápidamente, cerca del límite permitido por la teoría de la relatividad general de Einstein. Ello dificulta el modelaje y la interpretación de la señal, y convierte GW231123 en una oportunidad para impulsar las herramientas teóricas.
La comunidad científica continúa perfeccionando los métodos de análisis y mejorando los modelos utilizados para interpretar este tipo de eventos extremos. Se prevé que desentrañar completamente el patrón de señal y todas sus implicaciones requerirá años de trabajo. Aunque la hipótesis más probable sigue siendo la fusión de agujeros negros, no se descarta que escenarios más complejos puedan ser clave para comprender las características inesperadas observadas en este evento.
Los detectores de ondas gravitacionales como LIGO en Estados Unidos, Virgo en Italia y KAGRA en Japón están diseñados para medir minúsculas distorsiones en el espacio-tiempo causadas por eventos cósmicos violentos como las fusiones de agujeros negros. La cuarta campaña de observación comenzó en mayo de 2023 y las observaciones de la primera mitad (hasta enero de 2024) se publicarán más adelante, en este mismo verano.
GW231123 será presentada en la 24ª Conferencia Internacional sobre Relatividad General y Gravitación (GR24) y en la 16ª Conferencia Edoardo Amaldi sobre Ondas Gravitacionales, que se celebrarán conjuntamente en Glasgow, Reino Unido, desde este lunes y hasta el próximo viernes.
Más de 1.600 científicos de todo el mundo participan en la Colaboración Científica LIGO. Por su parte, la Colaboración Virgo está compuesta actualmente por aproximadamente 880 miembros de 152 instituciones en 17 países diferentes (principalmente europeos). Finalmente, la Colaboración KAGRA está formada por más de 400 miembros de 128 institutos en 17 países y regiones.
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