El mayor choque de agujeros negros jamás detectado desafía las teorías sobre su formación

Cuando el silencio del espacio-tiempo se rompió

El 23 de noviembre de 2023, los instrumentos de ondas gravitacionales más sensibles de la Tierra registraron una breve pero intensa ondulación en el espacio-tiempo. La señal fue tan inusual que los investigadores continuaron estudiándola durante meses y, cuando los resultados se revelaron a mediados de julio de 2025, subvirtieron las expectativas sobre cómo nacen los agujeros negros estelares más pesados.

Qué se detectó

Por qué esto es un problema para la teoría estándar

Durante décadas, los modelos de evolución estelar han predicho una brecha en el espectro de masas de los agujeros negros. Se espera que las estrellas muy masivas que, nominalmente, producirían agujeros negros de entre 60 y 130 masas solares, experimenten en su lugar un proceso de inestabilidad de pares que expulsa gran parte de la masa de la estrella o la hace estallar por completo, sin dejar un remanente compacto. Ese rango teórico se ha denominado la “brecha de masa por inestabilidad de pares”.

¿Cómo podrían formarse agujeros negros tan masivos y con una rotación tan rápida?

• Fusiones jerárquicas: En entornos densos como los cúmulos globulares o los centros abarrotados de cúmulos estelares jóvenes, los agujeros negros pueden fusionarse repetidamente. Cada fusión produce un remanente más pesado y, a menudo, con una rotación rápida, que más tarde puede encontrar otra pareja. Repetir ese proceso a lo largo de generaciones puede generar objetos dentro y por encima de la brecha de masa.
• Alimentación dentro de un núcleo galáctico activo (AGN): Los agujeros negros masivos que orbitan dentro del denso disco gaseoso alrededor de un agujero negro supermasivo pueden acrecionar gas y migrar, aumentando su masa antes de fusionarse. Ese entorno también puede alinear o desalinear las rotaciones de formas complejas, produciendo los altos niveles de giro observados en GW231123.
• Canales exóticos o revisiones de la física estelar: Algunos modelos proponen modificaciones en el funcionamiento de la inestabilidad de pares —quizás debido a una metalicidad, rotación o mezcla diferentes en las estrellas progenitoras—, lo que podría permitir la formación directa de remanentes más pesados de lo que se pensaba anteriormente.

Cada escenario tiene sus puntos fuertes y débiles. Las rotaciones muy elevadas medidas para GW231123 favorecen un origen jerárquico en el que las fusiones anteriores aumentaron el momento angular. Sin embargo, los canales jerárquicos también tienden a aleatorizar las direcciones de rotación a lo largo de las generaciones, lo que puede dejar huellas en la forma de onda gravitacional que son más difíciles de confirmar dada la brevedad de esta señal.

Por qué los datos son difíciles de interpretar

Debido a que los dos agujeros negros que se fusionaron eran tan masivos, los detectores capturaron solo los instantes finales de su espiral de aproximación y fusión: aproximadamente una décima de segundo. Eso significa menos ciclos de ondas gravitacionales y menos información para determinar parámetros como la relación de masas, la orientación y los ángulos de inclinación de la rotación. Los diferentes modelos de forma de onda utilizados para inferir las propiedades del sistema no coinciden perfectamente, lo que introduce incertidumbres sistemáticas en las estimaciones de masa y rotación.

Dichas diferencias de modelado son importantes: si una familia de formas de onda prefiere masas o rotaciones ligeramente diferentes a las de otra, la interpretación astrofísica —si los componentes se encuentran realmente en la brecha de masa o si más bien la delimitan— puede cambiar. Por lo tanto, la colaboración ha sido conservadora respecto a la precisión declarada y está realizando trabajos de seguimiento con formas de onda mejoradas y análisis independientes.

Dónde encaja esto en el panorama general

GW231123 sigue a detecciones anteriores de ondas gravitacionales que insinuaban la existencia de agujeros negros inesperadamente pesados. El primer agujero negro de masa intermedia formado a partir de un sistema binario, GW190521 en 2019-2020, ya desafió los modelos. Los reanálisis de los datos de archivo de LIGO también han sacado a la luz posibles eventos que producirían remanentes de masa intermedia, lo que sugiere que podríamos estar ante una población previamente oculta.

La evidencia de múltiples fusiones pesadas tiene consecuencias de largo alcance. Afecta nuestra comprensión de cómo vivieron y murieron las primeras generaciones de estrellas, la dinámica dentro de los cúmulos estelares densos y el papel de los entornos galácticos gaseosos. También proporciona una ruta empírica para construir agujeros negros de masa intermedia, un puente largamente buscado entre los agujeros negros de masa estelar y los supermasivos.

Qué pasará a continuación

Los investigadores refinarán las estimaciones de los parámetros utilizando modelos de forma de onda más sofisticados, simulaciones de relatividad numérica específicas y códigos independientes de estimación de parámetros. Las técnicas de aprendizaje automático y los reanálisis de datos archivados también seguirán revelando posibles fusiones de gran masa, lo que ayudará a generar confianza estadística sobre esta población.

Una tensión y una nueva oportunidad

GW231123 no es simplemente otra entrada en un catálogo creciente de descubrimientos de ondas gravitacionales. Es un desafío: un dato que presiona contra un límite teórico y obliga a los astrofísicos a ampliar o reemplazar parte de la historia estándar. Ya sea que la respuesta resida en colisiones repetidas dentro de cúmulos abarrotados, en agujeros negros hambrientos que engullen gas en núcleos galácticos o en una revisión de la física de la muerte estelar, el descubrimiento abre una nueva ventana sobre cómo la naturaleza construye los objetos compactos más pesados.

Por ahora, la señal es un recordatorio impactante del valor científico de escuchar al universo a través de las ondas gravitacionales, y de que algunos de los secretos más interesantes del cosmos llegan como un susurro breve pero potente.

James Lawson es reportero de investigación de ciencia y tecnología para Dark Matter. Tiene una maestría (MSc) en Comunicación Científica y una licenciatura (BSc) en Física por el University College London.