En 2019, el detector LIGO captó una señal que parecía provenir de la fusión de dos agujeros negros. Nada fuera de lo común, si no fuera porque esta fusión tenía una particularidad que desconcertó a los científicos: las masas de los objetos involucrados eran muy diferentes, algo extremadamente raro en este tipo de eventos. Lo que parecía una simple anomalía se convirtió, años más tarde, en una pista crucial para entender un fenómeno más complejo: la posible existencia del primer sistema triple de agujeros negros jamás detectado.
Un nuevo estudio, publicado en The Astrophysical Journal Letters, ha reanalizado aquella señal de 2019, conocida como GW190814. Gracias a técnicas de modelado avanzadas, los investigadores han descubierto indicios sólidos de que una tercera presencia invisible —posiblemente un agujero negro supermasivo— estaba influenciando el movimiento del par de agujeros negros que se fusionaron. Es como si dos bailarines hubieran chocado en plena danza, empujados por una fuerza silenciosa desde la penumbra del escenario.
Un evento que no encajaba en los modelos clásicos
El evento GW190814 se caracterizó por la colisión entre dos objetos de 23 y 2,6 veces la masa del Sol, respectivamente. Esta diferencia extrema desconcertó a los astrofísicos. Normalmente, cuando dos agujeros negros se fusionan, sus masas son más similares, lo cual facilita la pérdida de energía gravitacional necesaria para que se acerquen y colapsen juntos. Sin embargo, en este caso, la asimetría era tan inusual que resultaba difícil de explicar con los modelos tradicionales.
El nuevo análisis, liderado por investigadores del Observatorio Astronómico de Shanghái y otras instituciones, propone una explicación basada en la presencia de un tercer objeto cercano. Este objeto habría generado una aceleración adicional en la línea de visión del sistema, algo que deja una huella detectable en la señal de ondas gravitacionales. Según los autores del estudio, “concluimos que esta es la primera indicación que muestra que agujeros negros binarios en proceso de fusión están situados cerca de un tercer objeto compacto” .
Los resultados se obtuvieron aplicando un modelo que considera la llamada aceleración en la línea de visión (LSA, por sus siglas en inglés). Esta técnica permite detectar pequeñas variaciones en la frecuencia de la señal debido al efecto Doppler causado por la aceleración del sistema en su entorno gravitacional. El análisis estadístico arrojó un valor de 58/1 a favor del modelo con LSA frente al modelo sin aceleración, lo cual representa una evidencia contundente según los criterios científicos actuales.
¿Cómo se puede “ver” un objeto que no emite luz?
Los agujeros negros, por definición, no emiten luz. Detectarlos requiere observar sus efectos sobre el entorno. En este caso, el tercer objeto no fue observado directamente, sino a través de las sutiles alteraciones que provocó en la señal de las ondas gravitacionales.
Estas ondas son ondulaciones en el espacio-tiempo que se producen cuando ocurren eventos extremadamente energéticos, como la fusión de agujeros negros. El detector LIGO (y su homólogo europeo Virgo) ha registrado decenas de estos eventos desde 2015. Pero GW190814 destacaba por sus características únicas. El equipo de investigación desarrolló simulaciones detalladas para predecir cómo sería la señal si hubiera un tercer cuerpo ejerciendo influencia. La coincidencia entre la señal real y la predicción del modelo fue sorprendente.
En palabras del artículo científico, “una fuente que se acelera produce una masa que varía con el tiempo en el marco del detector, lo que deja una huella en la forma de onda gravitacional”. Esto significa que no solo se detectó la fusión, sino también los efectos dinámicos de un cuerpo adicional cuya existencia fue inferida gracias a su firma gravitacional.
¿Un agujero negro supermasivo escondido?
Aunque no se ha podido determinar con precisión qué tipo de objeto era el tercero en discordia, los autores consideran que la opción más plausible es un agujero negro supermasivo. Este tipo de cuerpos celestes puede superar los 100.000 soles en masa y suele encontrarse en el centro de las galaxias. Su inmensa gravedad puede capturar objetos cercanos y alterar significativamente sus trayectorias.
Los datos obtenidos sugieren que el sistema binario de agujeros negros estaba orbitando alrededor de este coloso, de forma similar a como la Tierra y la Luna giran mientras se mueven juntas en torno al Sol. Según los investigadores, la aceleración estimada del sistema (de aproximadamente 0,0015 c/s, donde c es la velocidad de la luz) solo puede explicarse si hay un objeto muy masivo ejerciendo influencia desde las cercanías .
No se descarta, sin embargo, que el tercer objeto pueda ser un agujero negro de masa estelar especialmente denso, aunque esto requeriría condiciones muy específicas. En cualquier caso, la detección abre nuevas posibilidades para estudiar los entornos donde nacen y evolucionan los sistemas de agujeros negros.
Implicaciones para el estudio del universo
Este hallazgo tiene un enorme valor para la astrofísica moderna. Hasta ahora, se pensaba que la mayoría de las fusiones de agujeros negros ocurrían en sistemas aislados. La posibilidad de que estén interactuando con otros cuerpos más grandes, como agujeros negros supermasivos o estrellas densas, cambia el enfoque de muchas teorías sobre su formación.
Además, este tipo de estudios ayuda a afinar los modelos de detección de ondas gravitacionales. La presencia de un tercer objeto introduce variaciones sutiles en las señales que pueden ser confundidas con otros fenómenos si no se tienen en cuenta. Al perfeccionar los modelos y las técnicas de análisis, será posible identificar con mayor precisión futuros sistemas complejos.
También se abre la puerta a una nueva clase de sistemas: los triples gravitacionales. Hasta ahora, los sistemas de tres agujeros negros eran solo una posibilidad teórica. Este trabajo representa el primer indicio firme de su existencia. La frase del estudio, “este es el primer indicio que muestra que agujeros negros binarios en proceso de fusión están situados cerca de un tercer objeto compacto”, resume la trascendencia del hallazgo.
El futuro de la observación gravitacional
Con la próxima generación de detectores, como el Telescopio Einstein o la misión espacial LISA, será posible observar señales aún más débiles y lejanas. Esto permitirá detectar sistemas múltiples con mayor facilidad y, probablemente, confirmar de forma directa la existencia de tríos gravitacionales como el descrito en este estudio.
Por otro lado, las observaciones combinadas —las llamadas “multimensajero”— que integran ondas gravitacionales con emisiones electromagnéticas (como rayos X o estallidos gamma), permitirán estudiar estos eventos de forma más completa. Esto podría confirmar, por ejemplo, si el entorno del sistema era un disco de acreción activo alrededor de un agujero negro supermasivo, como se sospecha.
Este caso demuestra cómo una anomalía en los datos puede convertirse, años después, en una pista clave para avanzar en nuestra comprensión del cosmos. Un evento que parecía desconcertante ha terminado revelando una compleja coreografía de tres gigantes invisibles bailando en la oscuridad del universo.
Referencias
- Shu-Cheng Yang, Wen-Biao Han, Hiromichi Tagawa, Song Li, Chen Zhang. Indication for a Compact Object Next to a LIGO–Virgo Binary Black Hole Merger. The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/adeaad.
Cortesía de Muy Interesante
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