interacción de binarias de agujeros negros

En 2015, los detectores LIGO captaron por primera vez el temblor del espacio provocado por la fusión de dos agujeros negros. Desde entonces, se han acumulado cientos de eventos, y cada uno lleva la huella de su linaje: si los agujeros nacieron juntos, de un mismo par de estrellas, o si se encontraron por azar en un cúmulo denso.

Dos agujeros negros giran en una danza cósmica, acercándose en espiral. Al final se fusionan en uno solo —y ese instante produce una potente ráfaga de ondas gravitacionales, una ondulación del propio espacio-tiempo. ¿Y qué queda tras la fusión?

Los primeros instantes después del Big Bang: el espacio se expande rápidamente — los físicos llaman a este período inflación. Dentro de este tejido en expansión, como burbujas de jabón en una corriente de aire, comienzan a formarse regiones de nuevo vacío — ocurre una transición de fase de primer orden.

3 milisegundos antes de la fusión. Un enorme agujero negro, girando a una velocidad frenética, atrae hacia sí una estrella de neutrones: una esfera del tamaño de una ciudad, pero con una masa de una vez y media la del Sol.

El Universo reescribe su historia una y otra vez. Allí donde la astronomía convencional solo ve un punto —un agujero negro—, las ondas gravitacionales retiran finas capas del pasado, como de un antiguo palimpsesto.

En el océano del cosmos, cada tormenta de nacimiento o fusión de agujeros negros supermasivos genera ondulaciones — ondas gravitacionales que viajan a la velocidad de la luz. Durante miles de millones de años, estas ondas se superponen, fusionándose en un estruendo de baja frecuencia, como un oleaje lejano.

En el corazón de casi todas las galaxias duerme un agujero negro supermasivo, el director invisible de la orquesta estelar. Cuando las galaxias chocan, sus monstruos centrales se acercan, girando en una danza gravitacional. A veces se une un tercer compañero al dúo, y entonces comienza un vals triple cuyo desenlace es impredecible.

Las fusiones de agujeros negros, predichas por Karl Schwarzschild, son la principal fuente de ondas gravitacionales captadas por los detectores LIGO. A lo largo de los años se han acumulado 259 eventos, cada uno es una historia cifrada del nacimiento de una pareja.

El universo habla el lenguaje de las ondas gravitacionales — vibraciones del propio espacio-tiempo. Cuando dos estrellas de neutrones, esos remanentes superdensos de supernovas que estallaron hace eones, se funden en una danza final, emiten un prolongado y creciente "chirrido".

Una patinadora gira sobre el hielo, alejándose gradualmente de su órbita. Del mismo modo, una estrella pequeña o un agujero negro, al orbitar un agujero negro masivo, pierde energía. Emite ondas gravitacionales: ondas en el espacio-tiempo que los detectores en la Tierra captan. Pero la danza de esta pareja es más compleja de lo que parece.

Los detectores de ondas gravitacionales registraron una señal extraña: GW241011. Dos agujeros negros se fusionaron, pero la pareja parecía inusual: uno de ellos era aproximadamente tres veces más ligero que el otro y, además, el sistema en su conjunto rotaba rápidamente. Esa combinación es un visitante poco frecuente en los catálogos.

Un agujero negro, como una rueca, hace girar a su alrededor una nube de partículas ligeras: los axiones. Estas partículas son las principales candidatas a ser la materia oscura. La nube se rige por las leyes de la mecánica cuántica, asemejándose a un átomo gigante: hay niveles y transiciones entre ellos.

Un zumbido recorre todo el universo. No es un sonido, sino un temblor del propio espacio: el fondo de ondas gravitacionales. Lo generan pares de agujeros negros supermasivos que giran uno alrededor del otro en los centros de galaxias lejanas. Cada pareja es como un instrumento grave en una orquesta inmensa.

Dos agujeros negros giran en una danza lenta, acercándose gradualmente. Su movimiento perturba el propio espacio-tiempo, como si dos bolas pesadas rodaran sobre una sábana tensa, haciéndola vibrar. A estas vibraciones las llamamos ondas gravitacionales.

Las olas seleccionan los guijarros en una playa de arena. Los guijarros pequeños están apretados unos contra otros, casi iguales en tamaño. Un poco más lejos de la orilla, hay una dispersión de piedras más grandes y variadas. Y justo donde el oleaje es más fuerte, se acumulan los fragmentos más grandes y redondeados.

En el núcleo denso de un cúmulo estelar, tres agujeros negros se encuentran en una danza peligrosa. El movimiento es caótico: las trayectorias se enredan como madejas de hilo. Luego uno de los agujeros sale disparado, mientras los otros dos quedan en una órbita alargada.

Lanza una piedrecita a un estanque y verás círculos expandirse por el agua. De manera similar, un cuerpo masivo que orbita un agujero negro perturba el tejido del espacio-tiempo, generando ondas gravitacionales. Pero, ¿y si el estanque no fuera plano, sino que tuviera pliegues ocultos, dimensiones adicionales invisibles al ojo?

El 14 de mayo de 2019, los detectores LIGO registraron una explosión gravitacional que no encajaba en los moldes habituales. El evento GW190521 se presentó como la colisión de dos agujeros negros de 85 y 66 masas solares. El agujero resultante, de 142 masas solares, cayó justo en el rango «prohibido» —allí donde los colapsos estelares apenas dejan rastro.

Dos patinadores artísticos giran sobre el hielo. Uno es ligero y cauteloso, apenas rota. El otro es masivo y veloz, gira con todas sus fuerzas y además en direcciones distintas. Más o menos así es el panorama que han dibujado las ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros.

Normalmente, los agujeros negros se acercan gradualmente, girando en una espiral que se estrecha. Esta danza genera una larga ondulación de ondas gravitacionales, un temblor en el propio tejido del espacio-tiempo.

Dos esferas electrizadas se atraen con una fuerza determinada. Si reemplazas sus cargas por polos magnéticos, una balanza de resorte marcará exactamente la misma fuerza. Con los agujeros negros, resulta que ocurre lo mismo, solo que en lugar de resortes, es el propio tejido del espacio-tiempo el que actúa.

Dos bolas pesadas giran no en un círculo perfecto, sino en un óvalo muy achatado: a veces se acercan, a veces se alejan. Así se comportan aproximadamente los pares de agujeros negros con órbitas alargadas.

El universo, con apenas un par de cientos de millones de años, se parecía a una cocina gigante donde, a partir de la 'masa' primordial —hidrógeno y helio—, se amasaban las primeras galaxias. En sus centros se encendían agujeros negros, como hornos de distinta potencia: desde ligeros 'rechauds' hasta pesados 'fogones'.

La fusión de dos agujeros negros se asemeja a un baile que termina con una poderosa ráfaga: una onda gravitacional. Esta onda lleva la huella de cómo se curva el espacio-tiempo alrededor de los objetos.

Cuando dos agujeros negros giran uno alrededor del otro y se fusionan, envían ondas por el universo: las ondas gravitacionales. Estas ondas llevan la huella de cómo se movieron exactamente los objetos antes de la colisión. Por la forma de esa 'danza' se puede saber hasta qué punto los objetos se parecen a agujeros negros perfectos.

Cuando dos cuerpos pesados chocan, no siempre se quedan en su lugar. Los agujeros negros reciben una patada poderosa durante la fusión, como el retroceso de un disparo, solo que en lugar de pólvora actúa la curvatura del espacio. Esa patada puede expulsar al nuevo agujero del centro de la galaxia o incluso más allá.

Dos núcleos de estrellas de neutrones colisionan y el espacio a su alrededor tiembla como la superficie de un estanque cuando se lanza una piedra. Esa vibración es captada por los enormes detectores de ondas gravitacionales.

Un enlace químico es como un resorte tenso entre átomos. Cuando se rompe, los fragmentos de la molécula salen despedidos, pero no se quedan quietos: siguen vibrando, como una cuerda que se suelta.

Dos agujeros negros giran uno alrededor del otro, y su danza no siempre se parece a un vals regular. Si los agujeros giran sobre su propio eje, su órbita puede empezar a tambalearse, como una peonza a la que empujan y se inclina hacia un lado sin dejar de girar.

Dos agujeros negros giran en una danza estrecha, y a su alrededor nace algo asombroso: una molécula gravitacional. Una nube de bosones ultraligeros, partículas con masa menor que un electronvoltio, envuelve al par como la nube electrónica en el ion H2+.

En abril de 2023, los detectores LIGO, Virgo y KAGRA captaron una onda gravitacional procedente de la fusión de dos agujeros negros. Las masas, 137 y 103 masas solares, convirtieron al evento GW231123 en el más masivo jamás observado.