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Todos los agujeros negros son el fruto de una actividad muy violenta. Sin embargo, hay algunos para los que los procesos conocidos resultan insuficientes. Ahora, un equipo internacional de científicos ha descubierto cómo se forman los agujeros negros más masivos del Universo. Se trata de un proceso tan violento que necesita un cúmulo estelar enorme que lo sostenga. 

Dos grupos de agujeros negros. Este equipo de científicos ha analizado el Catálogo de Transitorios de Ondas Gravitacionales (GWTC4) de LIGO–Virgo–KAGRA, en el que se recogen 153 detecciones de fusión de agujeros negros a través de las ondas gravitacionales. Al analizar todos los datos disponibles centrándose en el espín de los agujeros negros, han visto que todos ellos se pueden dividir en dos grandes grupos. Por un lado, agujeros negros de masa menor, que surgieron por un colapso estelar ordinario. Por otro, agujeros negros muy masivos, surgidos por fusiones secundarios en el entorno de cúmulos estelares densos.

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Vale, ahora que se entienda. Generalmente, los agujeros negros se forman cuando una estrella muy masiva que ya se ha quedado sin combustible colapsa. Esto da lugar a una explosión con la que se expulsan las capas exteriores de la estrella, quedando solo un núcleo muy denso. Es tan denso que genera una gran atracción gravitatoria y nada puede escapar de él. Por otro lado, hay agujeros tan masivos que no cuadran con este proceso. Se cree que son agujeros negros de segunda generación. Es decir, dos agujeros negros se fusionan y, después, el resultado se fusiona con otro agujero negro, haciéndose mucho más inmenso. Ese sería el segundo grupo que se ha detectado en el catálogo GWTC4.

Algo no cuadra. Este proceso de fusión de agujeros negros es tan violento que, en cuanto se produjese la primera fusión, el resultado saldría disparado como un cohete. Para que se quede en el sitio y se pueda fusionar a un tercer agujero negro hace falta algo que lo retenga. Estos científicos han descubierto que se trata de cúmulos estelares densamente poblados. Hay tantísimas estrellas en ellos que la atracción gravitatoria de todas ellas mantiene el agujero negro quieto en su lugar. 

¿Y el espín qué tiene que ver? Es espín es un parámetro que hace referencia al giro de los agujeros negros. Cuando se forman de la manera convencional, el espín es predecible y se encuentra perfectamente alineado con la estrella que originó el agujero negro. En cambio, cuando se forman por un proceso tan violento como esas fusiones consecutivas, el espín toma una dirección al azar, pero un valor predecible por la suma de los espines del resto de agujeros negros. Estos científicos, por lo tanto, vieron que todos los datos coincidían con esa hipótesis: fusiones consecutivas en el entorno de un cúmulo estelar muy poblado.

Una franja prohibida. Por otro lado, estos científicos encontraron una franja prohibida de tamaño estelar en la que no se podrían formar agujeros negros. Los hay pequeños o inmensos, pero no medianos. Si bien esto es algo que se intuía, el conjunto completo de datos que han obtenido da un giro a lo que se conoce sobre la formación de agujeros negros. 

Relación con la física nuclear. Según han explicado estos científicos, ese límite de masas detectado parece estar relacionado con una serie de reacciones nucleares que tienen lugar en el interior de las estrellas. Las reacciones nucleares estelares son de fusión nuclear. Los humanos hemos aprendido a controlar la fisión nuclear, pero supone riesgos que se solventarían si también dominásemos la fusión nuclear. Hasta ahora está siendo un reto complicado, pero quizás estos nuevos hallazgos, obtenidos gracias al análisis de ondas gravitacionales, podrían arrojar un poco más de luz a esta investigación. Todo suma. 

Imagen | NASA, ESA, STScI y A. Sarajedini (Universidad de Florida)/NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

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La noticia Llevábamos años buscando el origen de los agujeros negros más masivos. La respuesta es una carambola cósmica de violencia extrema fue publicada originalmente en Xataka por Azucena Martín .