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 LIGO Livingston, financiados por la National Science Foundation de Estados Unidos. La fusión dio lugar a un agujero negro final con una masa superior a 225 veces la del Sol. La señal, denominada GW231123, se observó 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 masas aproximadas de 103 y 137 veces la masa del Sol. Además de su enorme masa, ambos presentan una rotación muy rápida, lo que convierte esta señal en un caso especialmente complejo de interpretar y sugiere la existencia de una historia de formación particularmente intrincada.

«El descubrimiento de un sistema tan masivo y con una rotación tan elevada supone un reto no solo para nuestras técnicas de análisis de datos —afirma Ed Porter, investigador del laboratorio de Astropartículas y Cosmología (APC) del CNRS en París—, sino que tendrá un impacto importante en los estudios teóricos sobre los canales de formación de agujeros negros y en el modelado de las formas de onda durante muchos años. De hecho, los modelos actuales de evolución estelar no permiten la existencia de agujeros negros tan masivos, que podrían haberse formado a través de fusiones previas de agujeros negros más pequeños».

Hasta la fecha, se han observado mediante ondas gravitacionales cerca de un centenar de fusiones de agujeros negros, cuyos datos han sido analizados y compartidos con la comunidad científica internacional. Hasta ahora, el sistema binario más masivo correspondía a la fuente GW190521, con una masa total considerablemente menor, de «solo» unas 140 veces la masa del Sol.

Explorando los límites de la astronomía de ondas gravitacionales

La gran masa y la rotación extremadamente rápida de los agujeros negros de GW231123 llevan al límite tanto la tecnología de detección de ondas gravitacionales como los modelos teóricos actuales. Para extraer información precisa de la señal fue necesario emplear modelos teóricos capaces de describir la dinámica compleja de agujeros negros con rotaciones muy elevadas.

«Este evento pone a prueba nuestra instrumentación y nuestras capacidades de análisis de datos hasta el límite de lo que actualmente es posible», explica la Dra. Sophie Bini, investigadora posdoctoral en Caltech y anteriormente en la Universidad de Trento. «Es un ejemplo muy claro de todo lo que podemos aprender gracias a la astronomía de ondas gravitacionales y, al mismo tiempo, de todo lo que aún queda por descubrir».

Los detectores de ondas gravitacionales como LIGO, en Estados Unidos, Virgo, en Italia, y KAGRA, en Japón, están diseñados para medir diminutas distorsiones del espacio-tiempo provocadas por fenómenos cósmicos extremadamente violentos, como las fusiones de agujeros negros. La cuarta campaña de observación comenzó en mayo de 2023 y los resultados correspondientes a la primera mitad de esta fase (hasta enero de 2024) se publicarán a lo largo del verano.

«Con el periodo de observación continua más largo hasta la fecha y una sensibilidad mejorada, la cuarta campaña de observación de LIGO-Virgo-KAGRA está proporcionando nuevos y valiosos conocimientos sobre nuestra comprensión del universo —señala Viola Sordini, investigadora del Institute of Physics of the 2 Infinities (IP2I) del CNRS en Lyon y portavoz adjunta de la colaboración Virgo—. Este descubrimiento abre una nueva etapa de resultados, con muchos más previstos a lo largo del verano y un flujo continuo de nuevos hallazgos durante los próximos dos años. Cada publicación va acompañada de la liberación de los datos, en apoyo de la comunidad científica y de la ciencia abierta».

GW231123 se presentará 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 como el encuentro GR-Amaldi en Glasgow (Reino Unido), del 14 al 18 de julio de 2025.

La Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA

LIGO está financiado por la National Science Foundation (NSF) y es operado por Caltech y el MIT, instituciones que concibieron y construyeron el proyecto. El apoyo financiero para el proyecto Advanced LIGO ha sido liderado por la NSF, con contribuciones significativas de Alemania (Sociedad Max Planck), el Reino Unido (Science and Technology Facilities Council) y Australia (Australian Research Council). Más de 1.600 investigadores e investigadoras de todo el mundo participan en este esfuerzo a través de la Colaboración Científica LIGO, que incluye también a la colaboración GEO. La lista completa de socios puede consultarse en https://my.ligo.org/census.php .

La Colaboración Virgo está formada actualmente por aproximadamente 1.000 miembros de 175 instituciones en 20 países distintos, principalmente europeos. El Observatorio Gravitacional Europeo (EGO) alberga el detector Virgo cerca de Pisa, en Italia, y está financiado por el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) de Francia, el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) de Italia, el National Institute for Subatomic Physics (Nikhef) de los Países Bajos, la Research Foundation – Flanders (FWO) y el Fondo Nacional de Investigación Científica de Bélgica (F.R.S.–FNRS). La lista de los grupos de la colaboración Virgo puede consultarse en https://www.virgo-gw.eu/about/scientific-collaboration/ . Más información está disponible en https://www.virgo-gw.eu .

KAGRA es un interferómetro láser con brazos de 3 kilómetros de longitud situado en Kamioka, en la prefectura de Gifu (Japón). La institución anfitriona es el Institute for Cosmic Ray Research (ICRR) de la Universidad de Tokio, y el proyecto está co-gestionado por el National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) y la High Energy Accelerator Research Organization (KEK). La colaboración KAGRA cuenta con más de 400 miembros procedentes de 128 instituciones de 17 países y regiones. La información divulgativa sobre KAGRA está disponible en https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/ , mientras que los recursos para investigadores pueden consultarse en http://gwwiki.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA .