El misterio de los agujeros negros: cómo sus giros revelan secretos del universo
Los agujeros negros no solo consumen todo a su paso, también guardan las claves de su propio origen. Nuevas investigaciones revelan que su tamaño y rotación cuentan historias de fusiones cósmicas en entornos estelares preñados de estrellas.
Por Enrique Coperías
Los datos de las ondas gravitacionales dan pistas sobre los violentos inicios de los agujeros negros de gran masa. Imagen generada con DALL-E
El tamaño y la rotación de los agujeros negros pueden proporcionar información crucial sobre su formación y el entorno donde se originaron, de acuerdo con una nueva investigación. El estudio pone a prueba la hipótesis de que muchos de los agujeros negros observados por los astrónomos son el resultado de múltiples fusiones ocurridas en entornos densamente poblados con millones de estrellas.
Un equipo de investigadores, entre ellos científicos de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, ha analizado el catálogo público de 69 eventos de ondas gravitacionales relacionados con agujeros negros binarios —sistemas compuestos por dos agujeros negros que orbitan entre sí debido a su intensa gravedad—, detectados por el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) y el Observatorio Virgo.
Los astrónomos buscaban indicios que confirmaran estas fusiones sucesivas, las cuales podrían explicar los patrones distintivos de rotación observados en ciertos agujeros negros.
El origen de los agujeros negros masivos
Los resultados del trabajo revelaron que la rotación de un agujero negro experimenta un cambio significativo cuando alcanza una masa específica, lo que sugiere que pudo haberse formado a través de una serie de fusiones previas. Este hallazgo refuerza la idea de que los agujeros negros masivos podrían ser productos de colisiones repetidas en cúmulos estelares densos.
El estudio, publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters, demuestra cómo las mediciones de la rotación de los agujeros negros pueden desentrañar la historia de su formación, y representa un paso importante hacia la comprensión de los diversos orígenes de estos fenómenos astrofísicos.
“A medida que detectamos más fusiones de agujeros negros con instrumentos como el LIGO y Virgo, se vuelve evidente que estos objetos tienen masas y rotaciones muy diversas, lo que indica que se forman de formas distintas. Sin embargo, identificar cuál de estos escenarios de creación es el más común sigue siendo un desafío importante.”
El equipo identificó un umbral de masa, esto es, el límite específico de masa a partir del cual los agujeros negros comienzan a mostrar un comportamiento distinto en sus rotaciones, en los datos de ondas gravitacionales, a partir del cual las rotaciones de los agujeros negros mostraron un cambio constante y predecible.
Simulación por computador del agujero negro binario detectado por LIGO.
Este patrón concuerda con modelos teóricos que postulan que los agujeros negros masivos, aquellos con una cantidad de masa significativamente mayor que los agujeros negros estelares (formados por el colapso de estrellas), se generan mediante colisiones repetidas en cúmulos estelares densos, en contraste con los agujeros negros formados en otros entornos, donde las distribuciones de rotación son diferentes.
«Este resultado proporciona una firma sólida e independiente del modelo para identificar este tipo de agujeros negros», señala Antonini, que no pasa por alto el hecho de que este descubrimiento ha sido difícil de confirmar hasta ahora.
«Nuestro estudio ofrece una herramienta poderosa, basada en datos, para rastrear los orígenes de un agujero negro —explica Isobel Romero-Shaw, coautora e investigadora del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de la Universidad de Cambridge.
Formados en cúmulos estelares densamente poblados
En una nota de prensa de esta universidad, Romero-Shaw declara lo siguiente: «Demostramos que la forma en que gira un agujero negro es un indicador claro de su pertenencia a un grupo de agujeros negros de alta masa, formados en cúmulos estelares densamente poblados donde las fusiones repetidas son comunes».
Este avance ayudará a los astrofísicos a refinar los modelos computacionales que simulan la formación de agujeros negros, lo que a su vez permitirá interpretar de manera más precisa las detecciones futuras de ondas gravitacionales.
«Colaborar con otros investigadores y aplicar métodos estadísticos avanzados será clave para confirmar y expandir nuestros hallazgos, especialmente a medida que nos acercamos a la próxima generación de detectores —dice Thomas Callister, coautor del estudio e investigador de la Universidad de Chicago, en Estados Unidos. Y continúa—: El telescopio Einstein, por ejemplo, podría detectar agujeros negros aún más masivos y ofrecer perspectivas sin precedentes sobre su origen».
Este trabajo representa un avance significativo en la comprensión de los mecanismos de formación de los agujeros negros y destaca la importancia de las herramientas actuales y futuras en el estudio de estos misteriosos objetos del cosmos. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Cambridge
Fuente: Fabio Antonini, Isobel M. Romero-Shaw and Thomas Callister. Star Cluster Population of High Mass Black Hole Mergers in Gravitational Wave Data. Physical Review Letters (2025). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.011401
