ASTRONOMÍA. Los científicos detectan la mayor fusión jamás vista de dos agujeros negros masivos

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Las ondas en el espacio-tiempo provocadas por una colisión registrada por un detector de ondas gravitacionales obligan a repensar cómo se forman los objetos.

14 julio 2025.- El 23 de noviembre de 2023, la red LIGO–Virgo–KAGRA observó la señal GW231123, originada por la coalescencia de dos agujeros negros de aproximadamente 137 M⊙ y 103 M⊙. El objeto resultante tiene una masa cercana a 225 M⊙, lo que convierte a este evento en la fusión de agujeros negros de masa estelar más pesada jamás registrada. Solo se capturó la fase final de “ringdown” (0,1 s), lo que plantea retos para los modelos de forma de onda y para las teorías de formación de sistemas tan masivos.

Desde la primera detección de ondas gravitacionales en 2015, los interferómetros de LIGO en Hanford y Livingston, junto a Virgo y KAGRA, han confirmado más de 300 fusiones de binarias compactas. Hasta ahora, GW190521 (2020) ostentaba el récord de mayor masa total (~140 M⊙). GW231123 supera ese límite, poniendo a prueba tanto la sensibilidad instrumental como los escenarios teóricos de origen de agujeros negros de gran masa.

Datos observacionales 

  La señal transitoria GW231123 fue registrada simultáneamente en los dos detectores de LIGO durante la cuarta campaña de observación. Procede de una distancia de luminosidad de ~10 000 millones de años luz (corrrespondiente a un corrimiento al rojo z ≈ 1). Las elevadas masas (137 ± 15 M⊙ y 103 ± 12 M⊙) y los altos giros (≈ 0,9 y ≈ 0,8 del límite de Kerr) generaron un breve “ringdown” de alta frecuencia, con una deformación de espacio-tiempo miles de veces más pequeña que el diámetro de un protón.

Estimación de parámetros 

 Análisis bayesianos con diversas familias de formas de onda arrojan distribuciones posteriores centradas en:

• Masa primaria: 137 ± 15 M⊙

• Masa secundaria: 103 ± 12 M⊙

• Masa del remanente: ~225 M⊙ (tras radiar ~15 M⊙ en ondas gravitacionales)

• Parámetro de espín efectivo χ_eff ≈ 0,85 Las incertidumbres reflejan la corta duración de la señal y las limitaciones de los modelos en regímenes de giro extremo.

4. Escenarios de formación La física de supernovas por inestabilidad de pares impide habitualmente la formación de agujeros negros entre 60 y 130 M⊙. Se plantean dos hipótesis principales:

• Fusiones jerárquicas en cúmulos estelares densos, donde remanentes de fusiones previas vuelven a colapsar, explica los giros elevados.

• Crecimiento y migración dentro de discos de núcleos activos galácticos (AGN), donde los agujeros negros capturan gas antes de un nuevo choque. Ningún modelo encaja por completo con las masas y giros observados, lo que exige revisar los patrones poblacionales.

5. Implicaciones y trabajos futuros GW231123 muestra que la naturaleza puede ensamblar agujeros negros muy por encima de los límites teóricos. Urgen:

• Bibliotecas de formas de onda ampliadas para cubrir altos giros y masas intermedias.

• Estudios detallados de entornos densos y AGN para acotar las tasas de fusión.

• Mejoras en la sensibilidad de los detectores a frecuencias elevadas, que permitan capturar señales de “ringdown” aún más breves.

El evento GW231123 redefine la frontera superior de masas en fusiones de origen estelar y desafía las teorías de formación de agujeros negros. Futuras observaciones de ondas gravitacionales, combinadas con campañas astronómicas, permitirán desentrañar la génesis de estos colosales objetos cósmicos.

Referencias:

“Scientists detect biggest ever merger of two massive black holes,” The Guardian, 14 July 2025. 

Informes de LIGO–Virgo–KAGRA sobre GW231123, abril–julio 2025.