LIGO-Virgo-KAGRA detecta la fusión de agujeros negros más masiva hasta la fecha

Investigadores de la Universidad de les Illes Balears participan en una nueva detección de ondas gravitacionales de agujeros negros masivos que desafían los modelos astrofísicos actuales. 

La Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) ha anunciado la detección de la fusión de los agujeros negros más masivos jamás observados mediante ondas gravitacionales, utilizando los Observatorios LIGO Hanford y Livingston, financiados por la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF).

Investigadores del grupo GRAVITY de la Universidad de las Illes Balears han tenido una participación destacada en la detección de la fusión que produjo un agujero final con más de 225 veces la masa de nuestro Sol.

La señal, designada GW231123, fue observada durante la cuarta campaña de observación (O4) de la red LVK, el 23 de noviembre de 2023. Los dos agujeros negros que se fusionaron tenían aproximadamente 100 y 140 veces la masa del Sol. Además de su gran masa, ambos giran rápidamente, lo que convierte esta señal en un reto único para interpretar y sugiere la posibilidad de una historia de formación compleja.

Este descubrimiento supone un desafío para la comprensión actual de la formación de agujeros negros, ya que los modelos estándar de evolución estelar no contemplan la existencia de objetos tan masivos. Una explicación plausible es que los agujeros negros que formaban este sistema binario se originaron a partir de fusiones previas de agujeros negros más pequeños, lo que implicaría un proceso evolutivo más complejo de lo que se pensaba hasta ahora.

Hasta la fecha, se han observado aproximadamente 100 fusiones de agujeros negros mediante ondas gravitacionales. Hasta ahora, el sistema binario más masivo era el origen de la señal GW190521, con una masa total mucho menor de “solo” 140 veces la del Sol.

Participación de la UIB

Como en otros descubrimientos clave en la astronomía de ondas gravitacionales realizados durante los últimos 10 años, el grupo de Física Gravitacional: Teoría y Observación (GRAVITY) de la Universidad de las Illes Balears ha desempeñado un papel importante en este descubrimiento y en su interpretación astrofísica.

El análisis de este evento exigió comparar cuidadosamente distintos modelos de forma de onda para entender mejor las incertidumbres en la medición de la señal.

Cuatro de los cinco modelos utilizados fueron desarrollados en la Universitat de les Illes Balears (UIB), en el marco de un programa de larga trayectoria liderado por el Dr. Sascha Husa, o bien incluyen contribuciones clave del equipo de la UIB: El desarrollo de los dos modelos más eficientes desde el punto de vista computacional fue liderado por la Dra. Marta Colleoni y la Dra. Eleanor Hamilton. Además, el Dr. Antoni Ramos-Buades, recientemente incorporado a la UIB como investigador distinguido, es el principal autor del modelo más reciente desarrollado en el prestigioso Instituto Albert Einstein de Alemania.

Asimismo, dos doctorandos del grupo, Alicia Calafat y Jorge Valencia, formaban parte del equipo del turno de estimación de parámetros de la Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA cuando se detectó el evento en noviembre de 2023, lo que significa que estuvieron entre los primeros científicos en trabajar en el análisis de sus parámetros astrofísicos, como las masas y los giros.

Por otro lado, la Dra. Eleanor Hamilton, investigadora postdoctoral en el grupo GRAVITY desde 2023 y recientemente galardonada con una competitiva beca de excelencia de 3 años del Govern de les Illes Balears dentro del programa “Vicenç Mut”, es miembro del “equipo editorial” de la Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA. Este selecto grupo de 12 investigadores internacionales tuvo la responsabilidad principal de redactar la publicación científica sobre este evento.

El Dr. David Keitel también participó en la interpretación de posibles indicios de efectos de lente gravitacional en este evento, aunque estos requieren un estudio más detallado por parte de la colaboración.

El grupo de la UIB ha sido pionero en España en participar en la observación de ondas gravitacionales dentro de las grandes colaboraciones científicas internacionales, pero el campo ha crecido también a nivel nacional, incluyendo ahora a varios otros grupos que participan en la Colaboración Científica LIGO y la Colaboración Virgo, contribuyendo tanto al desarrollo instrumental como al análisis astrofísico de las observaciones.

Décimo aniversario de la primera detección

La señal GW231123, con sus propiedades excepcionales, demuestra que el campo de la astronomía de ondas gravitacionales está más vivo que nunca, acercándose al décimo aniversario de la trascendental primera detección de ondas gravitacionales procedentes de un sistema binario de agujeros negros, GW150914, realizada en septiembre de 2015 y anunciada al mundo en febrero de 2016, con la participación de investigadores de la UIB en este avance histórico.

Para celebrar este hito histórico, el instituto IAC3 de la UIB organizará un evento de tres días del 15 al 17 de septiembre, con el apoyo de la red estratégica REDONGRA para la física de ondas gravitacionales en España. Este evento incluirá un encuentro científico internacional que reunirá a destacados investigadores de toda España y del extranjero para celebrar una década de descubrimientos y para definir el futuro del campo, así como actividades de divulgación en la UIB y en Palma.

Un sistema récord

La alta masa y la rotación extremadamente rápida de los agujeros negros en GW231123 llevan al límite tanto la tecnología de detección de ondas gravitacionales como los modelos teóricos actuales. Extraer información precisa de la señal requirió el uso de modelos teóricos que tienen en cuenta la compleja dinámica de agujeros negros con gran rotación.

De la información extraída, se desprende que los agujeros negros parecen estar girando muy rápidamente, cerca del límite permitido por la teoría de la relatividad general de Einstein. Esto dificulta el modelaje y la interpretación de la señal, y convierte a GW231123 en una oportunidad para impulsar las herramientas teóricas.

La comunidad científica continúa perfeccionando los métodos de análisis y mejorando los modelos utilizados para interpretar este tipo de eventos extremos. Se prevé que desentrañar completamente el patrón de señal y todas sus implicaciones requerirá años de trabajo. Aunque la hipótesis más probable sigue siendo la fusión de agujeros negros, no se descarta que escenarios más complejos puedan ser clave para comprender las características inesperadas observadas en este evento.

Explorando los límites de la astronomía de ondas gravitacionales

Los detectores de ondas gravitacionales como LIGO en Estados Unidos, Virgo en Italia y KAGRA en Japón están diseñados para medir minúsculas distorsiones en el espacio-tiempo causadas por eventos cósmicos violentos como las fusiones de agujeros negros. La cuarta campaña de observación comenzó en mayo de 2023, y las observaciones de la primera mitad (hasta enero de 2024) se publicarán más adelante en el verano.

GW231123 será presentada en la 24ª Conferencia Internacional sobre Relatividad General y Gravitación (GR24) y en la 16ª Conferencia Edoardo Amaldi sobre Ondas Gravitacionales, que se celebrarán conjuntamente en Glasgow, Reino Unido, del 14 al 18 de julio de 2025.

La Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA

LIGO está financiado por la NSF y operado por Caltech y MIT, que concibieron y construyeron el proyecto. El apoyo financiero para el proyecto Advanced LIGO fue liderado por la NSF, con Alemania (Sociedad Max Planck), el Reino Unido (Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas) y Australia (Consejo Australiano de Investigación) realizando importantes compromisos y contribuciones.

Más de 1.600 científicos de todo el mundo participan en el esfuerzo a través de la Colaboración Científica LIGO, que incluye la Colaboración GEO. La lista de socios adicionales se encuentra en la web oficial de LIGO: https://my.ligo.org/census.php.

La Colaboración Virgo está compuesta actualmente por aproximadamente 880 miembros de 152 instituciones en 17 países diferentes (principalmente europeos). El Observatorio Europeo Gravitacional (EGO) alberga el detector Virgo cerca de Pisa, Italia, y está financiado por el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en Francia, el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italia y el National Institute for Subatomic Physics (Nikhef) en los Países Bajos. La lista de grupos de la Colaboración Virgo se puede consultar en https://www.virgogw.eu/about/scientific-collaboration/. Más información está disponible en la web oficial de Virgo: https://www.virgo-gw.eu.

KAGRA es el interferómetro láser con brazos de 3 km de longitud en Kamioka, Gifu, Japón. El instituto anfitrión es el Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos (ICRR) de la Universidad de Tokio, y el proyecto es coorganizado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía (KEK). La colaboración KAGRA está formada por más de 400 miembros de 128 institutos en 17 países/regiones. Información para el público general está disponible en el web https://gwcenter.icrr.utokyo.ac.jp/en/ y recursos para investigadores están disponibles en la web http://gwwiki.icrr.utokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA. 

Fecha de publicación: Mon Jul 14 09:40:00 CEST 2025