La constatación experimental, en 2015, de la existencia de las ondas gravitacionales se anunció como una nueva manera de "ver" el Universo utilizando esas ondas que se producen en el tejido espacio-temporal del Cosmos como si fueran las que se pueden contemplar en la superficie del agua al lanzar una piedra. Seis años después, la observación de la mayor fuente de ondas gravitacionales detectada hasta la fecha ha puesto patas arriba algunas de las teorías que tenían los astrofísicos.

Los científicos que operan los observatorios LIGO y Virgo acaban de anunciar la detección de una onda gravitacional que se produjo hace 7.000 millones de años fruto del choque de dos agujeros negros con una masa de 66 y 85 veces la del Sol. Juntos han generado un agujero negro supermasivo con una masa como la de 142 soles. Lo que descoloca a los científicos es que los dos agujeros negros "de rango medio" que chocaron inicialmente no deberían existir. O, por ser más precisos, no pueden proceder del colapso de una estrella.

Cuando se muere una estrella con una masa situada entre 65 y 120 veces la del Sol no colapsa sobre sí misma -como sí hacen las que tienen una masa inferior- formando un agujero negro. Sólo deja tras de sí un rastro de polvo y gas. Entonces, ¿de dónde han salido estos dos gigantes cósmicos que están desconcertando a los físicos? "Estamos abriendo nuevos interrogantes. Estamos haciendo observaciones en el campo de la astrofísica que hasta ahora no creíamos que podían existir", afirma Alicia Sintes, profesora de la Universidad de las Islas Baleares, y una de las españolas que participa en el equipo internacional que trabaja en los observatorios que han hecho el descubrimiento. Sintes fue una de las científicas que asistió en Oviedo en 2017 a la entrega del premio Princesa de Investigación Científica y Técnica a los responsables y equipo que observo por primera vez las ondas gravitacionales.

Las ondas gravitacionales fueron una predicción que hizo Einstein en 1915 a partir de su teoría de la relatividad, pero su existencia sólo pudo constatarse hasta un siglo después. Ahora, gracias a los observatorios LIGO (en Estados Unidos) y Virgo (localizado cerca de la ciudad de Pisa, en Italia) se está abriendo una nueva ventana a la observación del universo.

La fusión de dos agujeros negros es un fenómeno que no genera luz, por lo que solo puede apreciarse mediante las ondas gravitacionales, esa "conmoción en la fuerza" del nuestra realidad, el tejido de espaciotiempo en el que, según la teoría de la relatividad, estamos inmersos.

Las ondas gravitacionales detectadas y de las que ahora se dan detalles desarrollaron, según los científicos, una energía similar a la de ocho masas solares. La señal se detectó el 21 de mayo de 2019 por LIGO y se le ha atribuido la identificación GW190521, una alusión a la fecha de detección. Se asemeja a unos cuatro movimientos cortos, y es de duración extremadamente breve, menos de una décima de segundo, según explicaron los científicos.

Eso indica, precisan los investigadores, que GW190521 fue generada por una fuente que se encuentra aproximadamente a 5 gigaparsecs de distancia de la Tierra, cuando el universo tenía aproximadamente la mitad de su edad actual, lo que lo convierte en una de las más distantes detectadas hasta ahora.

Casi todas las señales de ondas gravitacionales confirmadas hasta la fecha provienen de una fusión binaria, ya sea entre dos agujeros negros o dos estrellas de neutrones, por lo que esa es la primera hipótesis que barajan los científicos, que creen estar ante la fusión más grande entre dos agujeros negros con masas de 85 y 66 veces la masa del sol. La nueva señal probablemente viene del instante en que los dos agujeros negros se fusionaron.

El equipo de LIGO-Virgo midió el giro de cada agujero negro y descubrió que a medida que los agujeros negros giraban cada vez más cerca, podrían haber estado girando sobre sus propios ejes, en ángulos que no estaban alineados con el eje de su órbita. Los giros desalineados de los agujeros negros probablemente causaron que sus órbitas se tambalearan o "precesasen" mientras giraban en espiral uno hacia el otro.

La fusión creó un agujero negro aún más grande, de unas 142 masas solares, y liberó una enorme cantidad de energía, equivalente a alrededor de ocho masas solares, esparcida por el universo en forma de ondas gravitacionales. Las masas excepcionalmente grandes de los dos agujeros negros originales, así como del agujero negro final, plantean una gran cantidad de preguntas sobre su formación.

Todos los agujeros negros observados hasta la fecha encajan en una de dos categorías: por una parte se han detectado agujeros negros que miden desde unas pocas masas solares hasta decenas de masas solares y se cree que se forman cuando mueren las estrellas.

Por otro lado, se han encontrado agujeros negros supermasivos, como el del centro de la Vía Láctea, que miden desde cientos de miles hasta miles de millones de veces el de nuestro Sol.

Sin embargo, el último agujero negro de 142 masas solares producido por la fusión GW190521 se encuentra dentro de un rango de masa intermedio entre los agujeros negros de masa estelar y supermasivos, el primero de su tipo jamás detectado.

Los dos agujeros negros que produjeron el agujero negro final también parecen ser únicos en su tamaño. Son tan grandes que los científicos sospechan que uno o ambos pueden no haberse formado a partir de una estrella que colapsa, como ocurre con la mayoría de los agujeros negros de masa estelar. Y eso es algo que pondría en cuestión parte de las teorías vigentes de la evolución estelar que podrían tener que ser reescritas. "El hecho de que estemos viendo agujeros negros de estas dimensiones hará que muchos astrofísicos se rasquen la cabeza y traten de averiguar cómo se produjeron", dijo Nelson Christensen, investigador del Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS) y miembro del equipo del observatorio Virgo.

"Es posible que tengamos que revisar nuestra comprensión actual de las etapas finales de la vida de una estrella y las restricciones sobre la masa final en los procesos de formación de agujeros negros", indicó Michela Mapelli de la Universidad de Padua (Italia) y el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), integrante también del experimento Virgo.