Durante mucho tiempo, parecía que el universo escondía una categoría importante de agujeros negros. Sabíamos de los más pequeños, aquellos que se forman tras la muerte de una estrella masiva, y también conocíamos los gigantescos, que habitan los centros de las galaxias y que “pesan” millones de veces más que el Sol. Pero entre esos dos extremos faltaba algo. Los físicos lo llamaban “agujeros negros de masa intermedia”, y aunque los modelos predecían su existencia, nadie los había observado con certeza.
Ahora, una nueva investigación ha aportado pruebas convincentes de que esta población intermedia sí existe, y ha sido detectada gracias a las ondas gravitacionales. El equipo liderado por Krystal Ruiz-Rocha y Anjali Yelikar ha analizado once señales procedentes de fusiones de agujeros negros observadas por los detectores LIGO y Virgo, y ha encontrado que varias de ellas podrían haber producido agujeros negros finales con masas comprendidas entre 100 y 350 veces la del Sol. Justo en el rango que estaba en entredicho.
Un eslabón perdido en la evolución cósmica
Los astrónomos clasifican a los agujeros negros en tres grandes grupos. Por un lado, están los de masa estelar, que tienen entre 5 y 50 veces la masa del Sol. En el otro extremo se encuentran los supermasivos, con millones de masas solares. Pero faltaba una categoría intermedia, que pudiera explicar cómo se pasa de los pequeños a los colosales.
Los agujeros negros de masa intermedia (IMBHs) podrían desempeñar ese papel. Son objetos con masas de entre 100 y unas 100.000 veces la del Sol. Sin embargo, su detección es complicada: no emiten luz, y la mayoría no están cerca de una estrella de la que puedan alimentarse, lo que los haría visibles para los telescopios convencionales.
Las ondas gravitacionales, esas diminutas ondulaciones del espacio-tiempo que se generan cuando dos objetos masivos colisionan, han abierto una nueva vía para encontrarlos. En este caso, el análisis se centró en fusiones de agujeros negros especialmente masivos.
Un análisis estadístico que revela cinco grandes candidatos
El equipo de Ruiz-Rocha reanalizó señales de la tercera campaña de observación de LIGO y Virgo. Aplicaron modelos estadísticos avanzados que permiten reconstruir las propiedades de los objetos que generan las ondas gravitacionales, en particular con el algoritmo RIFT. Entre los once eventos analizados, cinco mostraron una probabilidad superior al 90 % de haber generado un agujero negro de más de 100 masas solares.
Uno de los eventos más llamativos fue GW191223, que dejó como remanente un agujero negro de aproximadamente 347 masas solares. Otro, GW190403, destaca por haber ocurrido a una distancia de más de 11.000 millones de años luz, lo que lo convierte en el más remoto de este tipo jamás observado.
Estos objetos se sitúan en el rango más bajo de los IMBHs, lo que el equipo llama informalmente “lite intermediate-mass black holes”.
Enfrentando el vacío de masa por inestabilidad de pares
El estudio también toca una cuestión teórica clave: el “vacío de masa” entre 60 y 120 masas solares. Según la teoría, las estrellas muy masivas no deberían dejar agujeros negros en este intervalo de masas, ya que durante su colapso deberían explotar en una inestabilidad por producción de pares, generando una supernova tan violenta que impide la formación de un agujero negro.
Pero al menos cinco de los eventos analizados parecen contener agujeros negros en esa franja prohibida. En palabras del artículo, “cinco de los once eventos analizados tienen una probabilidad superior al 75 % de contener al menos un objeto con masa dentro de ese intervalo”. Este dato sugiere que algunos agujeros negros podrían haberse formado de manera jerárquica, es decir, a través de fusiones previas de otros agujeros negros más pequeños.
Limitaciones de los modelos actuales y posibles errores
Para validar los resultados, el equipo comparó sus conclusiones con tres modelos teóricos distintos que simulan cómo se emiten las ondas gravitacionales en fusiones de agujeros negros: IMRPhenomXPHM, SEOBNRv4PHM y NRSur7dq4. Aunque los resultados coinciden en lo esencial, en algunos casos concretos (como GW191225) se encontraron diferencias notables entre modelos, lo que revela que aún queda trabajo para refinar las herramientas de análisis.
Esto no quiere decir que los datos sean erróneos, sino que el margen de incertidumbre puede ser mayor de lo deseable en ciertos eventos. En particular, eventos con señales más débiles o más lejanas requieren precaución a la hora de extraer conclusiones firmes sobre sus masas o componentes.
El papel de los observatorios futuros: LISA y la Luna
El estudio no solo mira al pasado. También lanza ideas para el futuro. Por ejemplo, destaca que misiones espaciales como LISA (Antena Espacial de Interferometría Láser) podrían permitir una observación más prolongada y precisa de estos sistemas antes de que colisionen.
Además, se retoma una idea ambiciosa: construir un detector de ondas gravitacionales en la Luna. Según se menciona, “esta idea ya existía en la época del Apolo” y se está recuperando en el marco del programa Artemis. Un observatorio lunar permitiría captar ondas de frecuencias más bajas, ampliando el espectro observable y mejorando la detección de agujeros negros más masivos o lejanos.
Cambiando lo que sabemos sobre la evolución de los agujeros negros
Este trabajo abre la puerta a una mejor comprensión del papel de los IMBHs en la evolución cósmica. Si realmente existen en el número y con las características que sugiere este análisis, podrían haber jugado un papel clave en la formación de los agujeros negros supermasivos, fusionándose progresivamente en el centro de las galaxias.
También se plantea una hipótesis interesante: si los agujeros negros de más de 100 masas solares se forman en ambientes densos como cúmulos estelares, podrían ser el resultado de múltiples fusiones, lo que rompe con la idea de que la evolución estelar por sí sola explica todo el espectro de masas.
Referencias
- Krystal Ruiz-Rocha, Anjali B. Yelikar, Jacob Lange, William Gabella, Robert A. Weller, Richard O’Shaughnessy, Kelly Holley-Bockelmann, Karan Jani. Properties of “Lite” Intermediate-mass Black Hole Candidates in LIGO-Virgo’s Third Observing Run. The Astrophysical Journal Letters, 985:L37 (2025). https://doi.org/10.3847/2041-8213/adc5f8.
- Shobhit Ranjan, Karan Jani, Alexander H. Nitz, Kelly Holley-Bockelmann, Curt Cutler. A Tale of Two Black Holes: Multiband Gravitational-wave Measurement of Recoil Kicks. The Astrophysical Journal, 983:27 (2025). https://doi.org/10.3847/1538-4357/adba4e.
- Krystal Ruiz-Rocha, Kelly Holley-Bockelmann, Karan Jani, Michela Mapelli, Samuel Dunham, William Gabella. A Sea of Black Holes: Characterizing the LISA Signature for Stellar-origin Black Hole Binaries. The Astrophysical Journal, 981:27 (2025). https://doi.org/10.3847/1538-4357/adad6b.
- Chayan Chatterjee, Karan Jani. No Glitch in the Matrix: Robust Reconstruction of Gravitational Wave Signals Under Noise Artifacts. The Astrophysical Journal, 984:40 (2025). https://doi.org/10.3847/1538-4357/adbb66.
Cortesía de Muy Interesante
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