Los astrónomos observan una fusión de dos agujeros negros que en realidad no deberían existir

Cuando dos agujeros negros se fusionan, se liberan enormes cantidades de energía, tanta que incluso el espacio y el tiempo empiezan a temblar. Estas oscilaciones del espacio-tiempo se propagan en ondas y pueden detectarse en la Tierra con detectores de ondas gravitacionales muy sensibles.

Esto se ha vuelto rutinario. Se han registrado alrededor de 300 fusiones de agujeros negros desde 2015. Sin embargo, la astronomía de ondas gravitacionales siempre está llena de sorpresas. El 23 de noviembre de 2023, los dos detectores del observatorio LIGO en EE. UU. registraron la fusión de dos agujeros negros sorprendentemente masivos. Esto es difícilmente compatible con los modelos actuales de evolución estelar.

Un agujero negro se forma cuando una estrella masiva agota su combustible. Ya no hay radiación que contrarreste la gravedad. La estrella colapsa y expulsa sus capas externas en una explosión de supernova. Lo que queda es un agujero negro. Es tan denso que ni siquiera la luz puede escapar.

La masa del agujero negro resultante depende de la masa de la estrella progenitora. Sin embargo, parece existir un límite natural.

Los modelos de evolución estelar predicen que los agujeros negros de 60 a 130 veces la masa del Sol no deberían existir. Esto se debe a un fenómeno que ocurre en estrellas masivas. Este fenómeno, llamado inestabilidad de pares, provoca una disminución temporal de la presión en el interior de la estrella, a pesar de que aún conserva suficiente combustible. La estrella se contrae. Esto desencadena una reacción termonuclear en cadena descontrolada que la desgarra por completo. No queda nada de ella, ni siquiera un agujero negro.

Si este razonamiento es correcto, la observación del 23 de noviembre de 2023 es un misterio. Ese día, los detectores LIGO registraron una breve señal de onda gravitacional compuesta por tan solo unos pocos ciclos de oscilación. Los investigadores compararon la señal con cinco ondas modeladas y dedujeron que dos agujeros negros con masas 137 y 104 veces superiores a la del Sol debieron fusionarse. Ambas masas están sujetas a incertidumbres relativamente grandes. Pero al menos el menor de los dos se encuentra justo en la región prohibida. Por lo tanto, en teoría, el agujero negro no debería existir.

Las grandes masas no son la única característica inusual. El análisis también reveló que los dos agujeros negros giraban casi a su velocidad máxima posible antes de la fusión.

Si los dos agujeros negros no pudieron haber sido resultado del colapso de dos estrellas extinguidas, debe haber otra explicación. Los investigadores consideran varias posibilidades. Por ejemplo, podrían ser agujeros negros primordiales. Estos objetos hipotéticos podrían haberse formado poco después del Big Bang, cuando aún no existían las estrellas.

Sin embargo, otra posibilidad es más plausible. Gracias a los detectores de ondas gravitacionales, ahora sabemos que los agujeros negros que orbitan entre sí se fusionarán tarde o temprano, dejando tras de sí un agujero negro con mayor masa. En consecuencia, los dos agujeros negros que se observaron fusionándose el 23 de noviembre de 2023 podrían ser producto de fusiones anteriores. Esto explicaría fácilmente su masa "prohibida".

Sin embargo, esta explicación también tiene una trampa. La fusión de agujeros negros lleva tiempo, explica Héctor Estellés Estrella, del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, quien participó en el análisis de los datos. Por lo tanto, es cuestionable si una fusión jerárquica de agujeros negros ocurre con la suficiente rapidez. Requiere un entorno con una alta densidad estelar, como un cúmulo globular.

Actualmente, es imposible determinar la historia de ambos agujeros negros. «La señal corta contiene muy poca información», afirma Estrella. Para comprenderla mejor, se necesitan modelos comparativos más detallados. Actualmente se está trabajando en ello. Por lo tanto, Estrella confía en que pronto se obtendrán conclusiones más precisas sobre cómo se forman los agujeros negros con una masa prohibida.