Los astrónomos llevan mucho tiempo desconcertados por un inusual evento de ondas gravitacionales detectado en 2023: una colisión entre dos agujeros negros que desafió la sabiduría convencional sobre cómo se forman objetos tan masivos y que giran rápidamente. El misterio ahora ha sido resuelto gracias a sofisticadas simulaciones por computadora que revelan el papel crucial de los campos magnéticos en la configuración de estos gigantes cósmicos.
En noviembre de 2023, detectores terrestres como LIGO, Virgo y KAGRA capturaron ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales. Esta señal, denominada GW231123, apuntaba hacia una colisión de dos agujeros negros situados a unos 7 mil millones de años luz de distancia. Pero las características de estos agujeros negros desconcertaron a los astrónomos: cada uno tenía masas entre 100 y 140 veces la de nuestro sol y giraba a velocidades cercanas a la de la luz.
¿El problema? Las teorías actuales sugieren que las estrellas lo suficientemente masivas como para colapsar en agujeros negros con masas tan extraordinarias deberían explotar como “supernovas de inestabilidad de pares”. Estos acontecimientos cataclísmicos son tan poderosos que no dejan nada, ni siquiera un agujero negro. Como resultado, los científicos no esperaban que se formaran agujeros negros dentro del rango de masa entre aproximadamente 70 y 140 veces la masa del sol.
Si bien los agujeros negros pueden existir dentro de esta “brecha de masa” después de fusiones de agujeros negros más pequeños existentes, eso no era probable en este caso. Las fusiones interrumpen el giro de un agujero negro, pero los objetos en colisión en GW231123 giraban increíblemente rápido, a su velocidad de rotación máxima teórica. Esto significaba que algo completamente distinto tenía que estar en juego.
Un equipo dirigido por el astrofísico Ore Gottlieb en el Centro de Astrofísica Computacional (CCA) del Instituto Flatiron asumió el desafío, ejecutando complejas simulaciones por computadora de la evolución estelar y las supernovas. ¿Su idea clave? El papel de los campos magnéticos en los momentos finales de una estrella.
Los campos magnéticos reescriben el guión
Estudios anteriores a menudo pasaban por alto los campos magnéticos en estos escenarios extremos. Gottlieb y su equipo los incorporaron a sus modelos, revelando un giro fascinante: los campos magnéticos pueden influir significativamente en el comportamiento del material estelar sobrante después de una supernova.
Simularon la muerte de una estrella masiva con aproximadamente 250 veces la masa del Sol, viéndola perder la mayor parte de su masa antes de colapsar para formar un agujero negro. Luego, en una simulación más compleja, tuvieron en cuenta los campos magnéticos arremolinados presentes dentro de la nube de escombros en expansión que rodea el agujero negro recién formado.
“Descubrimos que estos campos magnéticos pueden expulsar parte de este material sobrante casi a la velocidad de la luz”, explicó Gottlieb. Cuanto más rápido giraba la estrella y más fuertes eran los campos magnéticos, más eficientemente se podía expulsar la materia.
Este proceso de expulsión reduce efectivamente la masa transferida al agujero negro. Esto significa que incluso una estrella progenitora masiva podría dejar tras de sí un agujero negro relativamente más pequeño dentro de la brecha de masa prohibida. Las simulaciones demostraron que, en determinadas condiciones, ¡la mitad de la masa estelar inicial podría desaparecer!
Una nueva era en la comprensión de los agujeros negros
El descubrimiento tiene implicaciones de gran alcance sobre cómo entendemos la formación y evolución de los agujeros negros. Sugiere:
- Un vínculo entre masa, giro y magnetismo: Los campos magnéticos más fuertes podrían dar lugar a agujeros negros que giran más lentamente y más ligeros, mientras que los campos más débiles podrían producir agujeros más masivos y de rotación más rápida. Esta conexión abre nuevas vías de investigación.
- Pruebas mediante explosiones de rayos gamma: Las simulaciones predicen que la formación de estos agujeros negros con brechas de masa debería ir acompañada de una explosión de rayos gamma, luz de alta energía detectable en la Tierra. Detectar tal explosión proporcionaría evidencia poderosa para respaldar este modelo.
El misterio de GW231123 ha sido resuelto, pero plantea preguntas aún más intrigantes sobre la compleja interacción entre los campos magnéticos y la gravedad en los dramáticos momentos finales de las estrellas masivas. Destaca cómo acontecimientos aparentemente “imposibles” pueden revelar verdades sorprendentes sobre los objetos más enigmáticos del universo.
