Más de 150 fusiones revelan tres orígenes distintos de agujeros negros, lo que desafía el modelo unificado
Los agujeros negros no serían solo el destino final de las estrellas, sino también registros de cómo estas viven, interactúan y mueren
Un agujero negro es un objeto astronómico con una fuerza gravitatoria tan fuerte que ni la luz puede escapar de él. La materia y la radiación son atrapadas y no pueden salir. Los científicos han investigado profundamente dos clases principales de agujeros negros: los de masa estelar (de tres a docenas de veces la masa del Sol) y los monstruos supermasivos (pesan entre 100 mil a miles de millones de masas solares), que se encuentran en los centros de la mayoría de las grandes galaxias, incluida la nuestra.
Durante años, los astrónomos trataron la fusión de los agujeros negros como si todos procedieran de la misma cadena de montaje cósmica. Las estrellas masivas colapsan, forman agujeros negros y, finalmente, colisionan. No obstante, un nuevo análisis de las señales de ondas gravitacionales sugiere algo distinto. Tras estudiar los datos de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA, los investigadores ahora sostienen que las fusiones se dividen en tres familias distintas.
Los autores del estudio, publicado en arXiv, señalan que "cada vez hay más pruebas de la existencia de múltiples subpoblaciones de agujeros negros binarios (BBH, por sus siglas en inglés), en el catálogo acumulativo de ondas gravitacionales de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA".
Las fusiones de agujeros negros no se rigen por una única vía universal
La fusión de agujeros negros es un fenómeno astrofísico violento en el que dos agujeros negros orbitan entre sí, se acercan gradualmente y finalmente colisionan para formar uno solo, más masivo. El proceso libera enormes cantidades de energía en forma de ondas gravitacionales, que son perturbaciones en el tejido del espacio-tiempo. Hace unos años, se detectó una fusión "imposible" que resultó en un agujero negro de entre 182 y 251 masas solares que desafió las teorías previas.
El descubrimiento de los investigadores es de suma importancia porque los agujeros negros no serían solo el destino final de las estrellas, sino también registros de cómo estas viven, interactúan y mueren. Si existen múltiples rutas de formación, significa que el universo está creando agujeros negros de una manera, y cada ruta deja una huella cuantificable en los datos.
Los investigadores trabajaron con el cuarto catálogo de ondas gravitacionales (GWTC-4), que contiene más de 150 fusiones de agujeros negros confirmadas. Hasta hace relativamente poco, los científicos tenían dificultades para explicar este creciente conjunto de datos con un único modelo unificado. El desafío radicaba en que las propiedades observadas, como las masas y los espines, no seguían un patrón uniforme.
Al revisar los datos, los científicos observaron una fuerte concentración alrededor de 10 veces la masa del Sol y otra alrededor de 35 masas solares, así como cambios notables en el comportamiento de los giros, especialmente alrededor de 20 y 40 masas solares. Los investigadores, para comprobar los procesos físicos, crearon simulaciones que combinaban múltiples poblaciones hipotéticas de agujeros negros.
Demostramos que la muestra de detección de agujeros negros binarios comprende tres subpoblaciones astrofísicas que probablemente están dominadas por canales de formación específicos
El primer y mayor grupo representa aproximadamente el 79 por ciento de todas las fusiones y cúmulos observados alrededor de 10 masas solares. Este comportamiento tan limpio apunta claramente a un origen en sistemas binarios aislados. El segundo grupo, que representa aproximadamente el 14,5 por ciento de la población, se centra en torno a las 35 masas solares y presenta un aspecto notablemente más caótico. Esto sugiere un entorno más dinámico.
El tercer grupo, el más pequeño, que representa aproximadamente el 2,5 % del total, se sitúa en el extremo de alta masa y muestra el comportamiento más complejo. Estos sistemas suelen involucrar agujeros negros de masa desigual y exhiben fuertes oscilaciones y patrones de rotación irregulares. Esta representación de tres familias sugiere que las fusiones de agujeros negros no se rigen por una única vía universal, sino por una combinación de diferentes procesos que predominan en diferentes condiciones.