PALMA, 29 de octubre. Recientes descubrimientos de fusiones de agujeros negros, que tuvieron lugar en octubre y noviembre de 2024, han sido realizados gracias a la colaboración entre LIGO-Virgo-KAGRA y el grupo Gravity de la Universitat de les Illes Balears (UIB). Estos eventos marcan un avance significativo en nuestra comprensión de la formación de agujeros negros y en los principios fundamentales de la física.

Los resultados obtenidos por esta colaboración internacional no solo iluminan aspectos cruciales sobre cómo se forman los agujeros negros, sino que también corroboran con una precisión extraordinaria varias leyes físicas que Albert Einstein postuló hace más de un siglo. Además, estas nuevas evidencias podrían allanar el camino para descubrir partículas elementales aún no identificadas que podrían extraer energía de los agujeros negros, según afirma un comunicado de la UIB.

Los hallazgos han sido documentados en la prestigiosa revista 'The Astrophysical Journal Letters', donde se detallan dos eventos significativos de ondas gravitacionales: GW241011, detectada en octubre, y GW241110, registrada en noviembre del mismo año, que presentan características inusuales en los agujeros negros involucrados.

El grupo Gravity de la UIB ha sido instrumental en todas las detenciones de ondas gravitacionales realizadas hasta la fecha, acumulando más de 300 registros. En relación a los eventos GW241011 y GW241110, el investigador de la UIB, Antoni Ramos Buades, ha destacado que estas observaciones transforman la percepción sobre la evolución del cosmos, convirtiendo a los agujeros negros en laboratorios naturales para examinar leyes fundamentales de la física.

Ramos, quien se desempeña como profesor distinguido en el Departamento de Física de la UIB y es un miembro fundamental del grupo Gravity, ha sido clave en el desarrollo de modelos teóricos y herramientas analíticas que permiten una interpretación precisa de los datos provenientes de estas fusiones de agujeros negros.

El evento GW241011, detectado el 11 de octubre de 2024, se originó a una distancia de alrededor de 700 millones de años luz y fue el resultado de la colisión entre dos agujeros negros con masas de aproximadamente 20 y 6 veces la del Sol, siendo el más grande uno de los agujeros negros de rotación más veloz jamás registrados.

Posteriormente, el 10 de noviembre de 2024, se identificó GW241110 a unos 2.400 millones de años luz, involucrando la fusión de agujeros negros de aproximadamente 17 y 8 masas solares. A diferencia de otros, el agujero negro principal de este evento giraba en una dirección opuesta a su órbita, una anomalía nunca antes vista.

La identificación simultánea de GW241011 y GW241110 resalta el marco avanzado de la astronomía de ondas gravitacionales en la revelación de las propiedades de los agujeros negros durante sus fusiones. Los especialistas han notado especialmente la disparidad en tamaño de los agujeros negros en cada caso, donde el más grande prácticamente duplica al más pequeño, así como las orientaciones de giro que contrarrestan las expectativas típicas.

Una posible explicación para estas características es que los agujeros negros podrían resultar de fusiones previas. Este fenómeno, conocido como fusión jerárquica, sugiere que estos sistemas podrían haberse formado en entornos densos, como cúmulos estelares, propiciando la coincidencia y la repetida fusión de agujeros negros.

La precisión del análisis de GW241011 ha permitido también probar de forma rigurosa predicciones cruciales de la teoría de la relatividad general bajo condiciones extremas. Dado que la detección de GW241011 fue clara, se pudo contrastar con las previsiones de Einstein y la solución de Roy Kerr para agujeros negros rotativos. La rápida rotación de este agujero negro provoca una leve deformación que deja una huella distintiva en las ondas gravitacionales que emite.

Al llevar a cabo el análisis de GW241011, el equipo encontró una excelente coincidencia con la solución de Kerr, validando así las predicciones de Einstein con una precisión sin parangón.

Además, las diferencias significativas en las masas de los agujeros negros implicados generan una señal de ondas gravitacionales que presenta un "zumbido" característico de armónicas superiores, similar a los sobretonos que producen los instrumentos musicales. Este fenómeno ha sido observado por tercera vez con gran claridad en GW241011, confirmando aun más las teorías de Einstein.

Los agujeros negros de rápida rotación como los estudiados tienen aplicaciones adicionales en el ámbito de la física de partículas. Pueden servir para investigar la existencia de partículas elementales hipotéticas de masa ligera y determinar cuál podría ser dicha masa.

Estas partículas, conocidas como bosones ultraligeros, son predichas por teorías que trascienden el Modelo Estándar de la física de partículas, que comprende y clasifica las partículas actualmente conocidas. Si los bosones ultraligeros existen, podrían llegar a extraer energía rotacional de los agujeros negros. La cantidad de energía que se puede extraer y la velocidad a la cual se desaceleran estos agujeros negros con el tiempo dependen de la masa de dichas partículas, que aún permanece en la incertidumbre.

Finalmente, la observación de que el agujero negro masivo en el sistema binario que provocó GW241011 continúa girando rápidamente aún millones o miles de millones de años después de su formación sugiere que se pueden descartar muchas posibilidades acerca de la masa de los bosones ultraligeros.