Investigadores del IGFAE han medido por primera vez el retroceso de un agujero negro tras su fusión, utilizando ondas gravitacionales. Este avance permite estudiar mejor estos fenómenos astrofísicos.
El Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) ha realizado un avance significativo en la comprensión del fenómeno del retroceso de los agujeros negros, conocido como *kick*. Este estudio, que se ha publicado en Nature Astronomy, marca la primera vez que se mide este particular retroceso gravitacional. La investigación se basa en el análisis de la señal de ondas gravitacionales GW190412, registrada en 2019 por los detectores Advanced LIGO y Virgo.
Las colisiones entre agujeros negros son tan intensas que el resultado de su fusión puede ser expulsado a gran velocidad de su galaxia. Hasta ahora, aunque se han detectado casi 300 ondas gravitacionales, no se había medido ni la velocidad ni la dirección del retroceso asociado a estas fusiones. El profesor Juan Calderón Bustillo, miembro del IGFAE y líder del estudio, explica que "el aspecto de las ondas gravitacionales emitidas por el agujero negro final en diferentes direcciones es muy variable", lo que permite entender su posición y trayectoria.
La combinación de datos sobre la masa y el giro (spin) de los agujeros negros permite aplicar la Relatividad General de Einstein para determinar con precisión hacia dónde retrocede un agujero negro tras una fusión. Calderón Bustillo utiliza una analogía musical para ilustrar este proceso: “Imaginemos la fusión de agujeros negros como una orquesta tocando varios instrumentos; dependiendo de nuestra posición, escuchamos distintas combinaciones”.
Los resultados indican que el agujero negro resultante de GW190412 fue expulsado a más de 50 km/s, suficiente para salir disparado fuera de cualquier cúmulo globular. Además, se midieron los ángulos de su trayectoria respecto a la Tierra y al eje orbital justo antes de la fusión. “La trayectoria forma unos 40 grados respecto a la Tierra, así que sabemos que no impactará con nosotros”, bromea Calderón Bustillo.
Este método fue concebido en 2018 y ha demostrado ser eficaz utilizando los detectores actuales, evitando así esperar por el detector espacial LISA, planeado para la próxima década. “Fue emocionante cuando Advanced LIGO y Virgo detectaron GW190412 y nos dimos cuenta de que podríamos medir el kick… ¡y lo hicimos!”, destaca Calderón Bustillo.
Koustav Chandra, investigador posdoctoral en Penn State y coautor del artículo, subraya que este fenómeno astrofísico permite reconstruir todo el movimiento tridimensional de un objeto situado a miles de millones de años luz mediante pequeñas perturbaciones en el espacio-tiempo. “Es una demostración increíble del potencial que ofrecen las ondas gravitacionales”, añade.
Medir estos retrocesos abre nuevas oportunidades para estudiar las fusiones de agujeros negros combinando ondas gravitacionales con señales electromagnéticas. Según explican los autores del trabajo, cuando dos agujeros negros se fusionan en entornos densos pueden generar señales electromagnéticas conocidas como *flares*, lo que proporciona información adicional sobre estos eventos cósmicos.
“La visibilidad del flare producido durante una fusión depende de cómo esté orientado el retroceso respecto a la Tierra”, concluye Samson Leong, doctorando en la Chinese University of Hong Kong y coautor del artículo. Esto permitirá distinguir coincidencias reales entre las señales observadas y aquellas que podrían ser simplemente aleatorias.
Las ondas gravitacionales son perturbaciones minúsculas en el tejido espacio-temporal que viajan a la velocidad de la luz, llevando consigo información sobre sus fuentes. Gracias a ellas, es posible observar fenómenos invisibles como las fusiones de agujeros negros y obtener datos complementarios sobre otros eventos luminosos como supernovas o fusiones de estrellas de neutrones.
A pesar de su debilidad, estas señales requieren detectores extremadamente sensibles y fenómenos violentos del universo para ser captadas adecuadamente. Albert Einstein predijo teóricamente estas *ondulaciones* en 1916, pero fue solo un siglo después cuando se lograron observar directamente por primera vez.
A partir del primer evento registrado por los detectores Advanced LIGO en septiembre de 2015, se han identificado casi 300 señales adicionales, lo cual ha permitido avanzar significativamente en nuestra comprensión sobre los agujeros negros y estudiar la gravedad bajo condiciones extremas.
Desde su acreditación como Unidad de Excelencia María de Maeztu en 2017, el IGFAE ha reconocido el potencial investigativo relacionado con las ondas gravitacionales e incorporó un nuevo programa centrado en esta disciplina científica.