Un análisis de 155 sistemas binarios revela que cerca del 14% de los agujeros negros detectados podrían ser de “segunda generación”, formados tras la fusión de otros agujeros negros y no directamente por la muerte de estrellas.
La comprensión sobre el origen de los agujeros negros podría estar experimentando un cambio importante.
Un nuevo estudio publicado en la revista Physical Review Letters plantea que una parte significativa de estos objetos extremos no nace directamente del colapso de estrellas masivas, sino como resultado de fusiones previas entre otros agujeros negros.
Los investigadores estiman que aproximadamente el 14% de los agujeros negros observados mediante ondas gravitacionales pertenecen a una segunda generación, un hallazgo que ayuda a explicar la existencia de objetos en una región de masas donde, según los modelos tradicionales de evolución estelar, no deberían existir.
El análisis de 155 sistemas binarios revela un origen más complejo
La investigación se basó en el estudio de 155 pares de agujeros negros binarios, detectados gracias a las ondas gravitacionales registradas por la red internacional de observatorios formada por LIGO (Estados Unidos), Virgo (Italia) y KAGRA (Japón).
Al analizar estos eventos, los científicos identificaron un patrón que desafía las teorías clásicas sobre la formación de agujeros negros.
Los resultados muestran que, cuando la masa del agujero negro principal supera las 46,2 masas solares, la mayoría de estos objetos parecen haberse formado mediante fusiones jerárquicas, es decir, por la unión de agujeros negros ya existentes.
La “brecha de masa” encuentra una posible explicación
Uno de los grandes enigmas de la astrofísica es la llamada brecha de masa (mass gap), una región donde la teoría predice que los agujeros negros no deberían formarse mediante el colapso estelar.
Esta limitación se debe al fenómeno conocido como supernova por inestabilidad de pares, un proceso en el que estrellas extremadamente masivas explotan de forma tan violenta que destruyen completamente su núcleo, sin dejar ningún remanente compacto.
Sin embargo, los detectores de ondas gravitacionales han identificado agujeros negros precisamente dentro de esa región “prohibida”.
El nuevo estudio propone una explicación convincente: estos objetos no nacieron directamente de estrellas, sino que son el resultado de fusiones sucesivas entre agujeros negros de generaciones anteriores.
También aparecen agujeros negros de segunda generación en masas menores
Los investigadores encontraron otra sorpresa en objetos mucho menos masivos.
El análisis revela un incremento inesperado de agujeros negros de segunda generación alrededor de las 15,7 masas solares, donde al menos el 5% de los objetos estudiados presentan características compatibles con una formación mediante colisiones previas.
Según los autores, esta diferencia se explica por la metalicidad del entorno donde se forman las estrellas.
- Los agujeros negros más ligeros surgirían en cúmulos estelares con una composición química similar a la del Sol.
- Los objetos más masivos aparecerían principalmente en regiones antiguas del Universo, pobres en elementos pesados.
La rotación permitió identificar su verdadera historia
Para diferenciar los agujeros negros nacidos directamente de estrellas de aquellos formados tras fusiones anteriores, los investigadores desarrollaron un modelo matemático capaz de analizar simultáneamente varios parámetros físicos.
Entre ellos destacan:
- la velocidad de rotación de los agujeros negros;
- la orientación de su giro;
- la inclinación de sus órbitas;
- y el grado de precesión durante la espiral de aproximación.
Cuando dos agujeros negros poseen rotaciones diferentes, el plano orbital comienza a oscilar de forma característica antes de la colisión.
Ese comportamiento deja una firma detectable en las ondas gravitacionales, permitiendo reconstruir el origen del sistema con una precisión mucho mayor.
Los cúmulos estelares serían auténticas “fábricas” de agujeros negros
El estudio indica que estos procesos ocurren principalmente en cúmulos estelares extremadamente densos, donde la enorme concentración de objetos compactos favorece encuentros gravitacionales repetidos.
En estos entornos, un agujero negro puede fusionarse con otro, sobrevivir a la colisión y volver a integrarse en el cúmulo para participar en nuevas fusiones.
Este proceso podría repetirse varias veces a lo largo de millones de años, dando lugar a agujeros negros cada vez más masivos.
Un hallazgo que cambia la interpretación de las ondas gravitacionales
Los autores advierten que ignorar la existencia de agujeros negros de segunda generación puede introducir errores importantes en los modelos astrofísicos actuales.
De hecho, comprobaron que los modelos tradicionales sobreestiman casi al doble la distribución del espín de los agujeros negros nacidos directamente de estrellas al no considerar las fusiones jerárquicas.
Además, la tasa estimada de recolisiones del 14% coincide con las predicciones obtenidas mediante simulaciones dinámicas de cúmulos estelares, reforzando la solidez del nuevo escenario propuesto.
Un nuevo enfoque para comprender la evolución del Universo
Más allá del origen de los agujeros negros, este trabajo ofrece una herramienta para estudiar con mayor precisión la evolución de las estrellas masivas y las reacciones nucleares que ocurren en su interior.
Los investigadores consideran que cartografiar las propiedades de estos objetos extremos permitirá mejorar los modelos sobre la formación estelar y establecer nuevas restricciones sobre procesos fundamentales, como la conversión de carbono (12 en oxígeno) 16 durante la evolución de las estrellas más masivas.
Si futuras observaciones confirman estos resultados, la historia de los agujeros negros podría ser mucho más compleja de lo que se pensaba hasta ahora: algunos de ellos no serían el final de una estrella, sino el resultado de una larga cadena de fusiones cósmicas que se prolonga durante miles de millones de años.
