Investigadors de la Universitat de les Illes Balears participen en una nova detecció d’ones gravitacionals de forats negres massius que desafien els models astrofísics actuals.
La Col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) ha anunciat la detecció de la fusió dels forats negres més massius mai observats mitjançant ones gravitacionals, utilitzant els Observatoris LIGO Hanford i Livingston, finançats per la National Science Foundation dels EUA (NSF).
Investigadors del grup GRAVITY de la Universitat de les Illes Balears han tingut una participació destacada en la detecció de la fusió que va produir un forat negre final amb més de 225 vegades la massa del nostre Sol.
El senyal, designat GW231123, va ser observat durant la quarta campanya d’observació (O4) de la xarxa LVK, el 23 de novembre de 2023. Els dos forats negres que es van fusionar tenien aproximadament 100 i 140 vegades la massa del Sol. A més de la seva gran massa, ambdós giren ràpidament, fet que converteix aquest senyal en un repte únic per interpretar i suggereix la possibilitat d’una història de formació complexa.
Aquest descobriment suposa un desafiament per a la comprensió actual de la formació de forats negres, ja que els models estàndard d’evolució estel·lar no contemplen l’existència d’objectes tan massius. Una explicació plausible és que els forats negres que formaven aquest sistema binari s’originaren a partir de fusions prèvies de forats negres més petits, cosa que implicaria un procés evolutiu més complex del que es pensava fins ara.
Fins avui, s’han observat aproximadament 100 fusions de forats negres mitjançant ones gravitacionals. Fins ara, el sistema binari més massiu era l’origen del senyal GW190521, amb una massa total molt menor de “només” 140 vegades la del Sol.
Participació de la UIB
Com en altres descobriments clau en l’astronomia d’ones gravitacionals realitzats durant els darrers 10 anys, el grup de Física Gravitacional: Teoria i Observació (GRAVITY) de la Universitat de les Illes Balears ha tingut un paper important en aquest descobriment i en la seva interpretació astrofísica.
L'anàlisi d'aquest esdeveniment va exigir comparar acuradament diferents models de forma d'ona per entendre millor les incerteses en el mesurament del senyal.
Quatre dels cinc models utilitzats van ser desenvolupats a la Universitat de les Illes Balears (UIB), en el marc d'un programa de llarga trajectòria liderat pel Dr. Sascha Husa, o bé inclouen contribucions clau de l'equip de la UIB: El desenvolupament dels dos models més eficients des del punt de vista computacional va ser liderat per la Dra. A més, el Dr. Antoni Ramos-Buades, recentment incorporat a la UIB com a investigador distingit, és el principal autor del model més recent desenvolupat al prestigiós Institut Albert Einstein d'Alemanya.
Així mateix, dos doctorands del grup, Alicia Calafat i Jorge Valencia, formaven part de l’equip del torn d’estimació de paràmetres de la Col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA quan es va detectar l’esdeveniment el novembre de 2023, fet que significa que van ser entre els primers científics a treballar en l’anàlisi dels seus paràmetres astrofísics, com les masses i els girs.
D’altra banda, la Dra. Eleanor Hamilton, investigadora postdoctoral al grup GRAVITY des de 2023 i recentment guardonada amb una competitiva beca d’excel·lència de 3 anys del Govern de les Illes Balears dins el programa “Vicenç Mut”, és membre de l’equip editorial de la Col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA. Aquest selecte grup de 12 investigadors internacionals va tenir la responsabilitat principal de redactar la publicació científica sobre aquest esdeveniment.
El Dr. David Keitel també va participar en la interpretació de possibles indicis d’efectes de lent gravitacional en aquest esdeveniment, tot i que aquests requereixen un estudi més detallat per part de la col·laboració.
El grup de la UIB ha estat pioner a Espanya en participar en l’observació d’ones gravitacionals dins de les grans col·laboracions científiques internacionals, però el camp ha crescut també en l'àmbit nacional, incloent-hi ara diversos altres grups que participen en la Col·laboració Científica LIGO i la Col·laboració Virgo, contribuint tant al desenvolupament instrumental com a l’anàlisi astrofísica de les observacions.
Desè aniversari de la primera detecció
El senyal GW231123, amb les seves propietats excepcionals, demostra que el camp de l’astronomia d’ones gravitacionals està més viu que mai, apropant-se al desè aniversari de la transcendental primera detecció d’ones gravitacionals provinents d’un sistema binari de forats negres, GW150914, realitzada el setembre de 2015 i anunciada al món el febrer de 2016, amb la participació d’investigadors de la UIB en aquest avenç històric.
Per celebrar aquesta fita històrica, l’institut IAC3 de la UIB organitzarà un esdeveniment de tres dies del 15 al 17 de setembre, amb el suport de la xarxa estratègica REDONGRA per a la física d’ones gravitacionals a Espanya. Aquest esdeveniment inclourà una trobada científica internacional que reunirà destacats investigadors de tot Espanya i de l’estranger per celebrar una dècada de descobriments i per definir el futur del camp, així com activitats de divulgació a la UIB i a Palma.
Un sistema rècord
L’alta massa i la rotació extremadament ràpida dels forats negres a GW231123 porten al límit tant la tecnologia de detecció d’ones gravitacionals com els models teòrics actuals. Extreure informació precisa del senyal va requerir l’ús de models teòrics que tenen en compte la dinàmica complexa de forats negres amb gran rotació.
De la informació extreta, es desprèn que els forats negres semblen estar girant molt ràpidament, prop del límit permès per la teoria de la relativitat general d’Einstein. Això dificulta el modelatge i la interpretació del senyal, i converteix GW231123 en una oportunitat per impulsar les eines teòriques.
La comunitat científica continua perfeccionant els mètodes d’anàlisi i millorant els models utilitzats per interpretar aquest tipus d’esdeveniments extrems. Es preveu que desentranyar completament el patró del senyal i totes les seves implicacions requerirà anys de feina. Tot i que la hipòtesi més probable continua sent la fusió de forats negres, no es descarta que escenaris més complexos puguin ser clau per comprendre les característiques inesperades observades en aquest esdeveniment.
Explorant els límits de l’astronomia d’ones gravitacionals
Els detectors d’ones gravitacionals com LIGO als Estats Units, Virgo a Itàlia i KAGRA al Japó estan dissenyats per mesurar minúscules distorsions en l’espai-temps causades per esdeveniments còsmics violents com les fusions de forats negres. La quarta campanya d’observació va començar el maig de 2023, i les observacions de la primera meitat (fins al gener de 2024) es publicaran més endavant a l’estiu.
GW231123 serà presentada a la 24a Conferència Internacional sobre Relativitat General i Gravitació (GR24) i a la 16a Conferència Edoardo Amaldi sobre Ones Gravitacionals, que se celebraran conjuntament a Glasgow, Regne Unit, del 14 al 18 de juliol de 2025.
La Col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA
LIGO és 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 Alemanya (Societat Max Planck), el Regne Unit (Consell d’Instal·lacions Científiques i Tecnològiques) i Austràlia (Consell Australià de Recerca) realitzant compromisos i contribucions importants. Més de 1.600 científics d’arreu del món participen en l’esforç a través de la Col·laboració Científica LIGO, que inclou la Col·laboració GEO. La llista de socis addicionals es troba a la web oficial de LIGO: 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 Europeu Gravitacional (EGO) acull el detector Virgo prop de Pisa, Itàlia, i és finançat pel Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) a França, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) a Itàlia i el National Institute for Subatomic Physics (Nikhef) als Països Baixos. La llista de grups de la Col·laboració Virgo es pot consultar a https://www.virgogw.eu/about/scientific-collaboration/. Més informació està disponible a la web oficial de Virgo: https://www.virgo-gw.eu.
KAGRA és l’interferòmetre làser amb braços de 3 km de longitud a Kamioka, Gifu, Japó. L’institut amfitrió és l’Institut de Recerca de Raigs Còsmics (ICRR) de la Universitat de Tòquio, i el projecte és 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 formada per més de 400 membres de 128 instituts en 17 països/regions. Informació per al públic general està disponible al web https://gwcenter.icrr.utokyo.ac.jp/en/ i recursos per a investigadors estan disponibles al web http://gwwiki.icrr.utokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA.
Documents relacionats
- Resum científic de GW231123 (català) (292 KB)
- Science Summary GW231123 (english) (336 KB)
- Resumen científico de GW231123 (español).pdf (415 KB)
Data de publicació: Mon Jul 14 09:40:00 CEST 2025