Les fusions, detectades a l'octubre i al novembre de 2024 per la col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA, avancen en la comprensió científica de la formació de forats negres i la física fonamental.
El grup GRAVITY de la UIB ha participat en l'elaboració dels models teòrics essencials per interpretar les dades recollides de la detecció de GW241011 i GW241110.
Dues fusions distants de forats negres còsmics, mesurades amb només un mes de diferència a finals de 2024, estan millorant la comprensió científica sobre la naturalesa i l’evolució de les col·lisions més violentes del nostre univers.
Les dades recollides de les fusions per la col·laboració internacional LIGO-Virgo-KAGRA 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 d’extreure energia dels forats negres.
En un nou article publicat el 28 d’octubre a The Astrophysical Journal Letters (https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae0d54), la col·laboració internacional LIGO-Virgo-KAGRA informa sobre la detecció de dos esdeveniments d’ones gravitacionals a l’octubre (GW241011) i al novembre (GW241110) de l’any passat amb girs inusuals en els forats negres.
Participació de la UIB
El grup GRAVITY de la Universitat de les Illes Balears 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 assenyala que «aquestes deteccions redefineixen la nostra comprensió de l’evolució còsmica i converteixen els forats negres en laboratoris naturals per provar les lleis fonamentals de la física». El doctor Ramos, professor distingit del Departament de Física de la UIB i membre del grup GRAVITY, ha estat un dels principals desenvolupadors dels models teòrics i de les eines d’anàlisi que han estat essencials per interpretar amb precisió les dades d’aquestes fusions de forats negres.
Dues ones gravitacionals
L’ona gravitacional GW241011 (detectada l’11 d’octubre de 2024) va ocórrer a uns 700 milions d’anys llum de distància i va ser el resultat de la col·lisió de dos 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 oposada —una cosa mai vista abans.
Descobrir propietats ocultes de les fusions de forats negres
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 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.
Implicacions per a la física fonamental
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.
Atès 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, com que les masses dels forats negres individuals difereixen significativament, el senyal d’ones gravitacionals conté el «brunzit» d’un harmònic superior —similar als sobretons dels instruments musicals— observat només per tercera vegada en GW241011. Un d’aquests harmònics va ser observat amb gran claredat i confirma una altra predicció de la teoria d’Einstein.
Recerca avançada de partícules elementals
Els forats negres de rotació ràpida com els observats en aquest estudi tenen ara una altra aplicació: en la física de partícules. Els científics poden utilitzar-los 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 quant 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 fins i tot milions o milers de milions d’anys després de la seva formació descarta una àmplia gamma de masses possibles per als bosons ultralleugers.
La col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA
LIGO està finançat per la NSF i operat per Caltech i MIT, que van concebre i construir el projecte. El suport financer per al projecte Advanced LIGO va ser liderat per la NSF, amb compromisos significatius d’Alemanya (Societat Max Planck), el Regne Unit (Consell d’Instal·lacions Científiques i Tecnològiques) i Austràlia (Consell Australià d’Investigació). Més de 1.600 científics de tot el món participen en l’esforç a través de la Col·laboració Científica LIGO, que inclou la Col·laboració GEO. Les institucions membres addicionals estan llistades a https://my.ligo.org/census.php.
La Col·laboració Virgo està composta actualment per aproximadament 880 membres de 152 institucions en 17 països diferents (principalment europeus). L’Observatori Gravitacional Europeu (EGO) acull el detector Virgo prop de Pisa, a Itàlia, i està finançat pel Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) a França, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) a Itàlia i l’Institut Nacional de Física Subatòmica (Nikhef) als Països Baixos. Més informació disponible a https://www.virgo-gw.eu.
KAGRA és un interferòmetre làser amb braços de 3 km de longitud situat a Kamioka, Gifu, Japó. L’institut amfitrió és l’Institut de Recerca de Raigs Còsmics (ICRR), de la Universitat de Tòquio, i el projecte està coorganitzat per l’Observatori Astronòmic Nacional del Japó (NAOJ) i l’Organització de Recerca d’Acceleradors d’Alta Energia (KEK). La col·laboració KAGRA està composta per més de 400 membres de 128 instituts en 17 països/regions. La informació per al públic general està disponible a https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/. Els recursos per a investigadors són accessibles a http://gwwiki.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA.
Referència bibliogràfica
A. G. Abac et al. GW241011 and GW241110: Exploring Binary Formation and Fundamental Physics with Asymmetric, High-spin Black Hole Coalescences. The Astrophysical Journal Letters, Volume 993, Number 1. DOI 10.3847/2041-8213/ae0d54
Documents relacionats
Data de publicació: Tue Oct 28 18:52:00 CET 2025