El universo está lleno de agujeros negros "imposibles". Ahora los científicos saben por qué

Un equipo internacional de los astrofísicos ha encontrado pruebas de que el universo recicla los agujeros negros, fusionándolos para formar mayores. Las ondas gravitatorias registradas en los últimos años muestran que algunos de los agujeros negros más pesados ​​dentro de los cúmulos estelares presentan signos claros de ser agujeros negros de "segunda generación" -productos de colisiones pasadas- y, por tanto, no podrían haberse originado a partir del colapso de una estrella masiva.

Agujeros negros imposibles

La teoría evolutiva de las estrellas explica que, al final de la vida de las estrellas más masivas, sus núcleos se comprimen hasta formar un punto tan denso que curva el espacio-tiempo hasta el infinito. Éste es el agujero negro clásico, con masas de 10 a 40 veces la del sol. También existen agujeros negros supermasivos, en el centro de las galaxias, con millones o miles de millones de masas solares, cuyo origen está relacionado con procesos que se produjeron en los primeros momentos del universo.

Entre estos dos extremos se encuentra una categoría controvertida: los agujeros negros con masas entre 40 y 100 masas solares. Son demasiado pesados ​​para nacer tras la muerte de una estrella, pero no alcanzan las dimensiones necesarias para salir del colapso de una gigantesca nube de materia. La física estelar convencional las considera "imposibles", pero aparecen con frecuencia en las detecciones.

Los astrofísicos proponen que estos agujeros negros masivos podrían formarse mediante la fusión de dos o más objetos más pequeños y ultradensos. La idea era plausible, pero necesitaba pruebas. Hasta hace relativamente poco, no había forma de obtenerlo.

Entonces aparecieron detectores de ondas gravitacionales. Estos instrumentos utilizan láseres para medir la microdistorsión del espacio-tiempo generada por la colisión de objetos extremadamente densos. La primera detección, en el 2015, confirmó una fusión entre agujeros negros. Desde entonces, cada nueva señal ha permitido una mejor caracterización de estas estructuras y ha revelado que estas colisiones se producen con mucha más frecuencia de lo que se imaginaba anteriormente.

La firma de segunda generación

El estudio, publicado este mes en Nature Astronomy, analizó un catálogo transitorio de ondas gravitatorias generadas por los tres observatorios más importantes del mundo. La base de datos incluía 153 detecciones fiables de fusiones de agujeros negros. Entre ellos, 34 correspondían a objetos especialmente pesados.

Al comparar todas las señales, el equipo identificó a dos poblaciones diferentes. Los agujeros negros más ligeros, de unas 40 masas solares, mostraron pequeños giros alineados, como esperaba para los objetos nacidos a partir del colapso de una estrella. Pero a partir de cierto punto, alrededor de 45 masas solares, apareció una población completamente diferente: agujeros negros más pesados, girando rápidamente y en direcciones caóticas, una firma estadística que sólo puede surgir cuando el objeto ya ha participado en una fusión anterior.

"Esa es la firma exacta que esperarías si los agujeros negros se fusionaran repetidamente en cúmulos estelares densos", dijo Isobel M. Romero-Shaw, coautor de la investigación, en un comunicado de la Universidad de Cardiff.

Hasta ahora, los investigadores no han observado directamente ninguno de esos agujeros negros "imposibles". No aparecen en los rayos X ni en el espectro visible, a diferencia de los supermasivos. Sin embargo, sus colisiones vibran el espacio-tiempo, y esta vibración revela masas que la física estelar no puede explicar.

Este estudio muestra que los agujeros negros más pesados ​​se construyen en vez de nacer. Surgen de generaciones anteriores de colisiones, reunidas en los más densos ambientes del cosmos.

Esta historia apareció originalmente en WIRED en Español y ha sido traducida del español.