Dos fusiones distintas de agujeros negros, con colaboración de la UIB, arrojan nueva luz sobre su formación y evolución

PALMA, 29 Oct. 2025 (Europa Press) - Dos fusiones distintas de agujeros negros, detectadas en octubre y noviembre de 2024 con la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA y el grupo Gravity de la Universitat de les Illes Balears (UIB), avanzan en la comprensión científica de la formación de agujeros negros y la física fundamental. Los datos recopilados de las fusiones por la colaboración internacional también validan, con una precisión sin precedentes, leyes fundamentales de la física que fueron predichas hace más de 100 años por Albert Einstein y avanzan en la búsqueda de nuevas partículas elementales aún desconocidas con el potencial para extraer energía de los agujeros negros, según ha informado la UIB en un comunicado.

Los hallazgos han sido publicados en 'The Astrophysical Journal Letters' e informan sobre la detección de dos eventos de ondas gravitacionales en octubre (GW241011) y noviembre (GW241110) del año pasado con espines inusuales en los agujeros negros.

PARTICIPACIÓN DE LA UIB

El grupo Gravity de la UIB ha participado en todas las detecciones de ondas gravitacionales, más de 300 hasta el momento. Al respecto de GW241011 y GW241110, el investigador de la UIB Antoni Ramos Buades ha señalado que estas detecciones redefinen la comprensión de la evolución cósmica y convierten los agujeros negros en laboratorios naturales para probar las leyes fundamentales de la física. Ramos, que es profesor distinguido del Departamento de Física de la UIB y miembro del grupo Gravity, ha sido uno de los desarrolladores principales de los modelos teóricos y herramientas de análisis que han sido esenciales para interpretar con precisión los datos de estas fusiones de agujeros negros.

DOS ONDAS GRAVITACIONALES

La onda gravitacional GW241011 (detectada el 11 de octubre de 2024) ocurrió a unos 700 millones de años luz de distancia y fue el resultado de la colisión de dos agujeros negros con masas de aproximadamente 20 y 6 veces la del Sol. El más grande fue uno de los agujeros negros con rotación más rápida jamás observados. Casi un mes después, se detectó GW241110 (10 de noviembre de 2024) a unos 2400 millones de años luz, involucrando la fusión de agujeros negros de aproximadamente 17 y 8 masas solares. Mientras que la mayoría de los agujeros negros giran en la misma dirección que su órbita, el agujero negro principal de GW241110 giraba en dirección opuesta, algo nunca visto antes.

DESCUBRIENDO PROPIEDADES OCULTAS

La detección conjunta de GW241011 y GW241110 destaca el notable progreso de la astronomía de ondas gravitacionales en la revelación de las propiedades de los agujeros negros en fusión. Los científicos señalan que la diferencia de tamaño entre los agujeros negros en cada fusión --el más grande era casi el doble del más pequeño-- y las orientaciones de giro del agujero negro más grande en cada evento. Una explicación natural para estas peculiaridades es que los agujeros negros son el resultado de coalescencias anteriores.

Este proceso, llamado fusión jerárquica, sugiere que estos sistemas se formaron en entornos densos, como cúmulos estelares, donde los agujeros negros tienen más probabilidades de encontrarse y fusionarse repetidamente.

IMPLICACIONES PARA LA FÍSICA FUNDAMENTAL

La precisión con la que se midió GW241011 también permitió probar predicciones clave de la teoría de la relatividad general de Einstein bajo condiciones extremas, según el comunicado de la UIB. Debido a que GW241011 fue detectado con tanta claridad, puede compararse con las predicciones de la teoría de Einstein y la solución de Roy Kerr para agujeros negros en rotación. La rápida rotación del agujero negro lo deforma ligeramente, dejando una huella característica en las ondas gravitacionales que emite. Al analizar GW241011, el equipo de investigación encontró una excelente concordancia con la solución de Kerr y verificó la predicción de Einstein con una precisión sin precedentes. Además, debido a que las masas de los agujeros negros individuales difieren significativamente, la señal de ondas gravitacionales contiene el "zumbido" de una armónica superior —similar a los sobretonos de los instrumentos musicales— observada solo por tercera vez en GW241011. Una de estas armónicas fue observada con gran claridad y confirma otra predicción de la teoría de Einstein.

BÚSQUEDA AVANZADA DE PARTÍCULAS ELEMENTALES

Los agujeros negros de rotación rápida como los observados en este estudio tienen ahora otra aplicación en la física de partículas. Los científicos pueden usarlos para probar si ciertas partículas elementales hipotéticas de masa ligera existen y cuál es su masa. Estas partículas, llamadas bosones ultraligeros, están predichas por algunas teorías que van más allá del Modelo Estándar de la física de partículas, el cual describe y clasifica todas las partículas elementales conocidas. Si los bosones ultraligeros existen, pueden extraer energía rotacional de los agujeros negros. Cuánta energía se extrae y cuánto se ralentiza la rotación de los agujeros negros con el tiempo depende de la masa de estas partículas, que aún se desconoce. La observación de que el agujero negro masivo en el sistema binario que emitió GW241011 continúa girando rápidamente incluso millones o miles de millones de años después de su formación descarta una amplia gama de masas posibles para los bosones ultraligeros.

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