El 23 de noviembre de 2023, después de millones de años de viaje a través del universo, una señal en forma de ondas gravitacionales llegó a la Tierra. La detectaron al mismo tiempo los observatorios de Hanford y Livingston, separados por más de 3.000 kilómetros de distancia en los Estados Unidos. Pero esta señal, bautizada como GW231123, no era una más: estaba causada por la colisión de agujeros negros más brutal que se había podido observar.
Después de casi dos años de estudio, la colaboración LIGO, red diseñada para llevar a cabo experimentos científicos a gran escala, y en la que participa el Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE), junto a las colaboraciones Virgo y Kagra, han anunciado el hallazgo de este fenómeno cósmico “de récord”.
El resultado de esta fusión de dos agujeros negros, de unas 140 veces la masa de nuestro Sol, ha dado lugar a un objeto de 240 masas solares. Las características de este evento lo sitúan cerca de los límites de lo permitido por la teoría de la relatividad general de Einstein, según han apuntado los científicos participantes en su análisis.
“Esta es la fusión de agujeros negros más masiva que hemos detectado mediante ondas gravitacionales, y su interpretación supone a la vez una gran pista y un gran desafío para nuestro entendimiento de los procesos de formación de agujeros negros”, ha explicado el doctor Juan Calderón Bustillo, investigador Ramón y Cajal en el Instituto de Altas Energías IGFAE, centro mixto de la Universidad de Santiago de Compostela y de la Xunta de Galicia.
Hasta ahora se habían observado aproximadamente 100 fusiones de agujeros negros mediante ondas gravitacionales. La mayor había sido la conocida como fuente GW190521, descubierta en 2019, con una masa total mucho menor: “solo” 140 veces la del Sol, cuyo análisis coordinó Calderón Bustillo. “¡Ahora hemos batido nuestro récord, casi doblando la masa!”, ha destacado.
Además de su enorme tamaño, estos dos agujeros negros rotan sobre sí mismos a gran velocidad. Estos dos aspectos convierten a esta señal en un desafío único para su interpretación y sugiere una historia de formación compleja.
Genealogía de los agujeros negros
Las técnicas utilizadas por estos científicos gallegos han permitido “reconstruir la genealogía” de estos agujeros negros. Es muy probable que el mayor de ellos sea un agujero negro de ‘tercera’ generación. Es decir, en el mejor de los casos serían sus “abuelos” los que se habrían podido formar mediante colapso estelar, según ha explicado Calderón Bustillo.
La gran masa y la rápida rotación de los agujeros negros en la señal de récord llevan al límite tanto, han apuntados los investigadores, los algoritmos que se utilizan para la detección de ondas gravitacionales como los modelos teóricos que permiten su interpretación. Y precisamente el IGFAE ha liderado durante el último lustro “complejas técnicas” para detectar sistemas tan masivos.
Por su parte, el doctor Thomas Dent, Investigador Distinguido en el IGFAE desde 2018 y fundador del programa de investigación en ondas gravitacionales, “Una de nuestras principales líneas de trabajo es el desarrollo de técnicas que permiten descartar señales artificiales. Esto nos permite optimizar la sensibilidad de nuestros sistemas de detección”.
En el futuro, el equipo del IGFAE continuará refinando sus análisis y mejorando los modelos utilizados para interpretar este tipo de eventos extremos. “Llevará años conocer la verdadera naturaleza de este tipo de fuentes” avanzan Juan Calderón Bustillo y Thomas Dent.
Primera observación en 2015
Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido espaciotemporal que viajan a la velocidad de la luz, y que se producen a consecuencia de los eventos más violentos del Universo, como las fusiones de agujeros negros o las explosiones de estrellas (supernovas). Fueron postuladas teóricamente por Albert Einstein hace más de 100 años, pero no se pudieron observar directamente hasta el año 2015, cuando lo logró la colaboración LIGO.
Este hallazgo, han recordado los científicos gallegos, supuso uno de los grandes hitos de la Física de las últimas décadas. Tres de los principales artífices de este descubrimiento, Kip Thorne, Barry C. Barish y Rainer Weiss, recibieron el premio Nobel de Física en 2017, entre otros muchos reconocimientos.
Una red de 1.500 investigadores en el mundo
Después de la acreditación como Unidad de Excelencia María de Maeztu, en 2017, se identificó el gran potencial de la línea de investigación de las ondas gravitacionales. La apuesta por esta disciplina hizo posible que el Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE) se incorporase en octubre de 2018 a LIGO, donde ocupa posiciones de relevancia dentro de este experimento, en el que participan más de 1.500 personas de todo el mundo.
