Los agujeros negros giran de formas extrañas

GinebraGracias a las señales provenientes de la unión de dos pares de agujeros negros, científicos de los distintos detectores de ondas gravitacionales han determinado que estos astros, de los que ni la luz puede escapar, pueden girar sobre sí mismos de formas nunca vistas. La colaboración formada por los observatorios LIGO, Virgo y KAGRA ha presentado recientemente los nuevos resultados en la revista The Astrophysical Journal Letters. "Estos resultados demuestran las extraordinarias capacidades que tienen los observatorios de ondas gravitacionales", explica Gianluca Gemme, portavoz de la colaboración Virgo.

El primero de los eventos se detectó el 11 de octubre del pasado año como resultado de la fusión de dos agujeros negros con masas de 17 y 7 veces la masa del Sol situados a una distancia de unos 700 millones de años luz. Los científicos determinaron que el mayor de esos agujeros negros giraba a una velocidad jamás observada. El 10 de noviembre se detectó un segundo evento, esta vez localizado a una distancia de más de dos mil millones de años luz, que involucró la fusión de dos agujeros negros de 16 y 8 veces la masa de nuestra estrella. La excepcionalidad de esta segunda señal recae en que, por primera vez, se ha observado un agujero negro girando a gran velocidad en sentido contrario al del giro de su órbita.

Ambos eventos tienen en común que uno de los agujeros negros de los respectivos sistemas binarios es mucho más masivo que el otro y gira a gran velocidad. Todo ello hace pensar a los astrofísicos que los mayores agujeros negros no se crearon por el colapso de una estrella. "Estos resultados son la prueba de que estos agujeros negros aparecieron por la unión anterior de otros dos agujeros negros", comenta Stephen Fairhurst, profesor de la Universidad de Cardiff y portavoz de la colaboración LIGO. De esta forma, los científicos consideran que grandes cantidades de agujeros negros podrían llenar extensas regiones del universo. "Los agujeros negros no sólo existen de forma aislada, sino que también pueden formar grandes cúmulos que evolucionan", asegura Gemme.

La música de los agujeros negros

Eventos como la unión de dos agujeros negros liberan una gran energía que genera ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo en forma de ondas gravitacionales que viajan a la velocidad de la luz. Estas ondas fueron preditas por las ecuaciones de la relatividad general de Einstein hace un siglo, aunque las primeras se detectaron experimentalmente hace sólo una década. Hasta la fecha se han identificado más de 300 eventos provenientes de la fusión de dos agujeros negros o de la fusión de un agujero negro y una estrella de neutrones. Las características de estas ondulaciones permiten a los científicos extraer información detallada sobre las propiedades de estos astros, como su masa, su velocidad y dirección de rotación o la distancia a la que se encuentran.

Si bien los agujeros negros que rotan a velocidades bajas son aproximadamente esféricos, su forma cambia al girar a velocidades que pueden llegar a ser próximas a la de la luz. Esta deformación genera una señal distintiva en las ondas gravitacionales emitidas cuando se fusiona con otro agujero negro. Por otra parte, la gran diferencia de masa entre los agujeros negros observados genera a su vez una especie de patrón acústico característico en forma de armónico superior, observado sólo un par de veces antes. Estas dos observaciones han permitido contrastar las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein con alto grado de precisión.

Descubrir nuevos tipos de partículas

Más allá de profundizar en la comprensión de estos objetos a la vez fascinantes y misteriosos, los agujeros negros facilitan la labor de los científicos de detectar nuevos tipos de partículas fundamentales. Estas partículas complementarían el mapa del mundo subatómico del que disponemos hoy. Según algunas hipótesis, un tipo de partícula muy ligera de la familia de los bosones, a los que pertenecen los fotones, las partículas de luz, podrían "robar" energía de la rotación de los agujeros negros. Este fenómeno provocaría que los agujeros negros perdieran velocidad de giro a un ritmo que dependería de la masa de estas partículas, que hoy en día es desconocida. El hecho de que los agujeros negros observados sigan girando a velocidades tan elevadas después de miles de millones de años restringe notablemente la masa que podrían tener estas hipotéticas partículas.

Lanzar luz a los agujeros negros

Diez años después del primer descubrimiento, los detectores de ondas gravitacionales siguen mostrándonos más detalles sobre la formación y evolución de los agujeros negros en nuestro universo. "Gracias a la mejora de los instrumentos de que disponemos, podremos incrementar la precisión de nuestras medidas y esto nos permitirá conocer en detalle estos y otros aspectos sobre los agujeros negros", dice Francesco Pannarale, profesor de la Universidad La Sapienza en Roma y copresidente de la división de ciencia observacional de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA. Las futuras mejoras que experimentarán estos detectores así como el futuro telescopio de ondas gravitacionales Einstein incrementarán el número de fenómenos de este tipo observados de forma significativa y permitirán extraer información esencial para comprender el funcionamiento del cosmos.