Científicos que estudian ondas gravitacionales creen haber descubierto cómo el universo fabrica sus agujeros negros más grandes, y spoiler: no es el habitual colapso dramático de una estrella moribunda. En cambio, estos pesos pesados cósmicos parecen ser reincidentes, creciendo a través de múltiples colisiones dentro de cúmulos estelares más apretados que el metro de Tokio en hora punta.
Dirigida por la Universidad de Cardiff, la investigación analizó la versión 4.0 del Catálogo de Transitorios de Ondas Gravitacionales LIGO-Virgo-KAGRA (GWTC4), que registra 153 fusiones de agujeros negros fiables. El equipo, que publica en Nature Astronomy, se centró en si los agujeros negros más grandes eran objetos de "segunda generación", formados cuando agujeros negros de estrellas muertas chocan y luego se fusionan de nuevo en entornos estelares densos donde las estrellas están apiñadas hasta un millón de veces más cerca que en nuestro vecindario solar.
"La astronomía de ondas gravitacionales ya no solo cuenta fusiones de agujeros negros", dijo el autor principal, Dr. Fabio Antonini de la Universidad de Cardiff. "Está empezando a revelar cómo crecen los agujeros negros, dónde crecen y qué nos dice eso sobre la vida y muerte de las estrellas masivas". El análisis identificó dos poblaciones distintas de agujeros negros, con los más pesados mostrando un comportamiento de giro peculiar: giros rápidos en direcciones aleatorias, exactamente lo que esperarías de fusiones repetidas en cúmulos densos.
"Lo que más nos sorprendió fue lo claramente que los agujeros negros de alta masa se destacan como una población separada", añadió la coautora Dra. Isobel Romero-Shaw. "A diferencia de los sistemas de menor masa... los sistemas de mayor masa son consistentes con tener giros más rápidos, orientados en direcciones aparentemente aleatorias. Esta es la firma exacta que esperarías si los agujeros negros se fusionaran repetidamente en cúmulos estelares densos".
El estudio también refuerza la evidencia de un misterioso "vacío de masa" alrededor de 45 masas solares, donde estrellas de cierto tamaño deberían explotar tan violentamente que no dejan ningún agujero negro. "Los agujeros negros más grandes en la muestra actual parecen estar hablándonos sobre la dinámica de cúmulos, no solo sobre evolución estelar", señaló Antonini. "Por encima de unas 45 masas solares, la distribución de giros cambia... se explica naturalmente si estos agujeros negros ya han pasado por fusiones anteriores en cúmulos densos".
De cara al futuro, los investigadores sugieren que estos datos podrían ayudar a sondear la física nuclear dentro de estrellas masivas, ya que el vacío de masa por inestabilidad de pares depende de reacciones en los núcleos estelares. "En el futuro, los datos de ondas gravitacionales podrían ayudar a los científicos a estudiar física nuclear", dijo la coautora Dra. Fani Dosopoulou. Porque nada dice "física nuclear" como un agujero negro que ha pasado por múltiples choques cósmicos.