Puede que el agujero negro más masivo detectado hasta ahora no sea tan masivo después de todo

En noviembre de 2023, los detectores LIGO registraron las ondas gravitacionales producidas por la fusión de dos agujeros negros cuya masa total parecía estar entre 190 y 265 veces la del Sol (masas solares). El evento, bautizado como GW231123, se convirtió en la fusión más masiva de agujeros negros observada hasta entonces. Pero ahora, un nuevo análisis plantea la posibilidad de que estos agujeros negros no eran tan enormes después de todo. ¿Qué pudo haber pasado para obtener ese registro entonces? Tal vez su señal fue amplificada y distorsionada por la gravedad de otros objetos situados entre ellos y la Tierra.

Srashti Goyal, Héctor Villarrubia Rojo y Miguel Zumalacárregui, investigadores vinculados al Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Albert Einstein Institute, AEI), proponen que GW231123 pudo atravesar una especie de lupa cósmica. La responsable sería una combinación de lente gravitacional y microlente, capaz no solo de aumentar la intensidad de las ondas gravitacionales, sino también de modificar sutilmente su forma.

La idea parte de un fenómeno conocido de la relatividad general. La gravedad de un objeto muy masivo puede curvar el espacio-tiempo y, con él, la trayectoria de la luz o de las ondas gravitacionales. Cuando una señal pasa cerca de una concentración de materia, puede llegar hasta nosotros amplificada, como si hubiera atravesado una gigantesca lente.

¿Qué consecuencia tiene esto? La expansión del universo hace que una fuente situada a gran distancia parezca tener masas mayores cuando se analiza directamente su señal, ya que la masa observada está afectada por el corrimiento al rojo (redshift). Al mismo tiempo, una lente gravitacional puede amplificar la señal y hacer que la fuente parezca más cercana de lo que realmente está. Ambas cosas pueden combinarse y producir una estimación exagerada de la masa.

“Al igual que la luz, las ondas gravitacionales también pueden desviarse, amplificarse y dividirse en múltiples señales por la acción de objetos masivos”, explica Miguel Zumalacárregui, jefe de grupo del Departamento de Relatividad Astrofísica y Cosmológica del AEI, en un comunicado. “En el caso de las ondas gravitacionales, los efectos de difracción e interferencia nos brindan una forma adicional de identificar y estudiar las señales distorsionadas”.

Para indagar esta hipótesis, los investigadores analizaron GW231123 bajo tres escenarios: sin lente gravitacional, con una lente puntual aislada y con una lente puntual incrustada en un campo gravitacional mayor, como el que podría producir una galaxia. Este último escenario es el más completo de los tres porque contempla simultáneamente los efectos de diferentes escalas gravitacionales.

De 230 a 140 masas solares

Los resultados favorecen la interpretación de que la señal fue sometida a lensing. En simulaciones realizadas para estimar la posibilidad de que el ruido de los detectores produjera por azar una señal semejante, el estudio encontró una probabilidad de falsa alarma inferior al 1%. Es una evidencia interesante, aunque los propios autores advierten que todavía no constituye una detección definitiva de la lente gravitacional.

La pista más importante está en una pequeña distorsión de la señal. Una lente compacta puede producir un fenómeno conocido como difracción en régimen de óptica ondulatoria. En lugar de comportarse simplemente como un rayo que sigue una trayectoria determinada, la onda gravitacional puede mostrar interferencias y otras modificaciones características. En GW231123 aparece una estructura adicional separada aproximadamente 20 milisegundos de la señal principal. Según el análisis, esa característica no puede explicarse completamente mediante la aproximación convencional de óptica geométrica y resulta esencial para producir los datos.

Si la interpretación es correcta, cambia también la historia física de los agujeros negros que se fusionaron. Sin lente, el sistema parece tener una masa total cercana a 232 masas solares y exige agujeros negros extraordinariamente pesados, además de velocidades de rotación muy elevadas. Esto lo convertiría en un objeto difícil de explicar dentro de los escenarios habituales de formación de agujeros negros.