PALMA, 29 d'Octubre.

Dues fusions diferents d'aglomeracions de forats negres, detectades a l'octubre i novembre de 2024 amb la col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA i el grup Gravity de la Universitat de les Illes Balears (UIB), avancen en la comprensió científica de la formació d'aglomeracions de forats negres i la física fonamental.

Les dades recopilades de les fusions per la col·laboració internacional també validen, amb una precisió sense precedents, lleis fonamentals de la física que van ser predites fa més de 100 anys per Albert Einstein i avancen en la recerca de noves partícules elementals encara desconegudes amb el potencial per extreure energia dels forats negres, segons ha informat la UIB en un comunicat.

Els descobriments han estat publicats a 'The Astrophysical Journal Letters' i informen sobre la detecció de dos esdeveniments d'ones gravitacionals a l'octubre (GW241011) i novembre (GW241110) de l'any passat amb espins inusuals en els forats negres.

El grup Gravity de la UIB ha participat en totes les deteccions d'ones gravitacionals, més de 300 fins al moment.

Pel que fa a GW241011 i GW241110, l'investigador de la UIB Antoni Ramos Buades ha assenyalat que aquestes deteccions redefinixen la comprensió de l'evolució còsmica i converteixen els forats negres en laboratoris naturals per provar les lleis fonamentals de la física.

Ramos, que és professor distingit del Departament de Física de la UIB i membre del grup Gravity, ha estat un dels desenvolupadors principals dels models teòrics i eines d'anàlisi que han estat essencials per interpretar amb precisió les dades d'aquestes fusions d'aglomeracions de forats negres.

L'ona gravitacional GW241011 (detectada el 11 d'octubre de 2024) va succeir a uns 700 milions d'anys llum de distància i va ser el resultat de la col·lisió de dos aglomeracions de forats negres amb masses d'aproximadament 20 i 6 vegades la del Sol. El més gran va ser un dels forats negres amb rotació més ràpida mai observats.

Gairebé un mes després, es va detectar GW241110 (10 de novembre de 2024) a uns 2.400 milions d'anys llum, involucrant la fusió de forats negres d'aproximadament 17 i 8 masses solars. Mentre que la majoria dels forats negres giren en la mateixa direcció que la seva òrbita, el forat negre principal de GW241110 girava en direcció contrària, alguna cosa mai vista abans.

La detecció conjunta de GW241011 i GW241110 destaca el notable progrés de l'astronomia d'ones gravitacionals en la revelació de les propietats dels forats negres en fusió.

Els científics assenyalen que la diferència de mida entre els forats negres en cada fusió --el més gran era gairebé el doble del més petit-- i les orientacions de gir del forat negre més gran en cada esdeveniment.

Una explicació natural per a aquestes peculiaritats és que els forats negres són el resultat de coalescències anteriors. Aquest procés, anomenat fusió jeràrquica, suggereix que aquests sistemes es van formar en entorns densos, com cúmuls estel·lars, on els forats negres tenen més probabilitats de trobar-se i fusionar-se repetidament.

La precisió amb què es va mesurar GW241011 també va permetre provar prediccions clau de la teoria de la relativitat general d'Einstein sota condicions extremes, segons el comunicat de la UIB.

Degut a que GW241011 va ser detectat amb tanta claredat, es pot comparar amb les prediccions de la teoria d'Einstein i la solució de Roy Kerr per a forats negres en rotació. La ràpida rotació del forat negre el deforma lleugerament, deixant una empremta característica en les ones gravitacionals que emet.

En analitzar GW241011, l'equip de recerca va trobar una excel·lent concordança amb la solució de Kerr i va verificar la predicció d'Einstein amb una precisió sense precedents.

A més, degut a que les masses dels forats negres individuals difereixen significativament, la senyal d'ones gravitacionals conté el "borinot" d'una harmònica superior --similar als sobertons dels instruments musicals-- observada només per tercera vegada en GW241011. Una d'aquestes harmòniques va ser observada amb gran claredat i confirma una altra predicció de la teoria d'Einstein.

Els forats negres de rotació ràpida com els observats en aquest estudi tenen ara una altra aplicació en la física de partícules. Els científics els poden utilitzar per provar si certes partícules elementals hipotètiques de massa lleugera existeixen i quina és la seva massa.

Aquestes partícules, anomenades bosons ultralleugers, estan predites per algunes teories que van més enllà del Model Estàndard de la física de partícules, el qual descriu i classifica totes les partícules elementals conegudes.

Si els bosons ultralleugers existeixen, poden extreure energia rotacional dels forats negres. Quanta energia s'extreu i quan es redueix la rotació dels forats negres amb el temps depèn de la massa d'aquestes partícules, que encara es desconeix.

L'observació que el forat negre massiu en el sistema binari que va emetre GW241011 continua girant ràpidament inclús milions o milers de milions d'anys després de la seva formació descarta una àmplia gamma de masses possibles per als bosons ultralleugers.