Detectan señales de un nuevo tipo de agujero negro que podría revelar cómo se expande el Universo

Durante décadas, los astrónomos han buscado agujeros negros de masa intermedia, más grandes que los estelares pero mucho más pequeños que los supermasivos pero localizarlos es complicado, pues además de que no brillan en luz visible, las pruebas indirectas siempre parecían esquivas o con amplio margen de incertidumbre.

Gracias a LIGO, Virgo y KAGRA, fue posible detectar vibraciones del espacio-tiempo causadas por colisiones de agujeros negros. Algunas señales revelaron masas totales de entre cien y pocas centenas de masas solares, encontrando así a los llamados Agujeros Negros de Masa Intermedia Ligeros (lite IMBH).

Un equipo examinó once eventos candidatos de la tercera campaña de observación de LIGO-Virgo-KAGRA, entre 2019 y 2020. Emplearon un algoritmo bayesiano RIFT, capaz de estimar parámetros físicos mediante modelos de ondas gravitacionales raap diferenciar estos casos de otros sistemas de masas más habituales.

Cinco de esos eventos mostraron más del 90% de probabilidad de haber producido agujeros negros finales con masas entre 110 y 350 masas solares, que los coloca como posibles eslabones en la evolución de estos objetos, desde los formados por estrellas colapsadas hasta los gigantes que dominan los centros galácticos.

En varios casos, al menos uno de los agujeros negros progenitores parecía estar en la “zona prohibida” de masas (60–120 soles), donde la física de supernovas por inestabilidad de pares no permitiría su existencia lo que sugiere orígenes más complejos, como fusiones ocurridas en entornos cósmicos densos y dinámicos.

Casos que rompen récords

Cada candidato tiene su singularidad, por ejemplo, algunos sistemas presentan propiedades que sugieren un origen dinámico, es decir, que sus componentes se encuentran y fusionan en ambientes caóticos, como cúmulos estelares densos o discos de núcleos galácticos activos.

Debemos tomar en cuenta que en estos entornos donde las trayectorias son impredecibles y las colisiones pueden ocurrir de forma repetida, aumentando la masa de los agujeros negros. Para el caso de los 5 candidatos, sus características son las siguientes:

• GW191223 es el más masivo del conjunto, con un sistema de 347 masas solares antes de fusionarse.
• GW190403, en cambio, es el más lejano, situado a unos once mil millones de años luz, lo que lo convierte en una señal particularmente débil pero igualmente fascinante.
• GW191225 destaca por su relativa cercanía, a unos 760 millones de años luz, lo que permite estudiar con mayor detalle sus características. Otros eventos, como
• GW190426 y GW200214, resultaron en remanentes que encajan con claridad en la categoría “lite IMBH”, fortaleciendo la validez de esta nueva población en el inventario cósmico.

Estos hallazgos amplían el catálogo de eventos y apuntan a un posible papel crucial de los “lite IMBH” en el crecimiento de los supermasivos y si se confirman, podrían representar la transición natural entre poblaciones, un puente que conecta escalas y ayuda a explicar la arquitectura actual del universo observable.

El desafío de medir lo invisible

Observar y caracterizar estos sistemas es complejo porque sus señales duran menos y están dominadas por frecuencias bajas, donde los interferómetros terrestres son más susceptibles al ruido sísmico y ambiental, lo que exige análisis cuidadosos y uso de modelos para extraer información de datos con mucho ruido.

El equipo aplicó tres familias de modelos de ondas gravitacionales de última generación para cada evento y al comparar los resultados, encontraron diferencias sistemáticas más notorias en los casos extremos, revelando que, aunque los modelos son precisos, aún hay margen para mejorar su concordancia en situaciones cercanas a los límites teóricos.

Algunos registros presentaron indicios de artefactos instrumentales, probablemente originados por ruido de baja frecuencia. Estos no invalidan automáticamente la señal, pero sí requieren verificaciones adicionales.

Separar la “música” de las fusiones cósmicas del ruido de fondo es un arte tanto como una técnica. Cada onda detectada es como una partitura incompleta, y reconstruirla implica no solo entender la física, sino también dominar las limitaciones y particularidades de cada detector en funcionamiento.

Lo que viene

Identificar este tipo de objetos plantea nuevas preguntas. ¿Son comunes en el cosmos o raros vestigios de procesos excepcionales? ¿Constituyen realmente el eslabón que conecta a los agujeros negros estelares con los supermasivos? Responder requerirá acumular más detecciones y, sobre todo, medir con mayor precisión sus parámetros físicos fundamentales.

Las próximas campañas de observación de LIGO-Virgo-KAGRA, junto con el futuro observatorio espacial LISA, ofrecerán sensibilidad mejorada para detectar ondas gravitacionales de frecuencias más bajas lo que permitirá estudiar con más detalle fusiones de alta masa y seguir el rastro de eventos jerárquicos en escalas temporales cósmicas.

Cada descubrimiento alimenta y afina los modelos de formación y crecimiento de agujeros negros y comprender este proceso no sólo explicaría la historia de estos objetos, sino también la evolución de las galaxias que los contienen, ya que la influencia gravitacional de un agujero negro central moldea su entorno a gran escala.

Los Agujeros Negros Intermedios han pasado de ser hipótesis a convertirse en un objetivo científico concreto. Con cada señal confirmada, vamos completando un mapa cósmico donde estos objetos ocupan un lugar intermedio, clave para descifrar capítulos hasta ahora ocultos en la historia del Universo.