Una “patada cósmica” medida desde Galicia: así se expulsan los agujeros negros tras una fusión

Cuando dos agujeros negros chocan, la violencia del encuentro es tan brutal que el resultado de la fusión puede salir despedido de su propia galaxia, como un proyectil que escapa tras un disparo.

Ese fenómeno, conocido como retroceso gravitacional o kick, acaba de medirse por primera vez en la historia gracias a un estudio internacional liderado por el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), centro mixto de la Universidad de Santiago y la Xunta de Galicia. El hallazgo se publica en la revista Nature Astronomy y se basa en la señal GW190412, detectada en 2019 por los interferómetros Advanced LIGO (Estados Unidos) y Virgo (Italia).

Aunque en los últimos diez años se han registrado casi 300 señales de ondas gravitacionales, hasta ahora nadie había conseguido calcular con precisión ni la dirección ni la velocidad de esa “patada cósmica”. En este caso, los investigadores determinaron que el agujero negro resultante salió disparado a más de 50 kilómetros por segundo, suficiente para escapar de cualquier cúmulo globular de estrellas.

“El aspecto de las ondas gravitacionales cambia según la dirección en la que las observamos, y eso nos permite reconstruir dónde estamos situados respecto al retroceso”, explican los responsables del trabajo.

El profesor Juan Calderón Bustillo, líder del estudio, recurre a una metáfora musical para entenderlo: “Es como una orquesta que toca varios instrumentos; según el lugar desde donde escuchemos, percibimos una combinación distinta. Con suficientes datos podemos saber exactamente dónde estamos… y hacia dónde se dirige el agujero negro”.

Una trayectoria medida al detalle

El equipo pudo incluso calcular los ángulos de la trayectoria respecto a la Tierra, al eje de la órbita y a la línea de separación de los agujeros negros antes de fundirse. El resultado fue un movimiento de unos 40 grados respecto a nuestro planeta, lo que descarta cualquier peligro.

La idea de esta técnica surgió en 2018, cuando los físicos del IGFAE plantearon que era posible medir retrocesos con los detectores actuales, sin esperar al futuro observatorio espacial LISA previsto para la década de 2030. La señal de GW190412 les dio la oportunidad de demostrarlo.

“Fue muy emocionante darnos cuenta de que podíamos hacerlo realidad”, confiesa Calderón. Por su parte, Koustav Chandra, investigador en Penn State y coautor del artículo, destaca la dimensión del logro: “Estamos reconstruyendo el movimiento tridimensional de un objeto a miles de millones de años luz a partir de perturbaciones minúsculas en el espacio-tiempo. Es increíble lo que permiten las ondas gravitacionales”.

Para qué sirve conocer la “patada” de un agujero negro

Más allá del hito técnico, este avance abre la puerta a combinar ondas gravitacionales con señales electromagnéticas. Cuando la fusión ocurre en un entorno denso, el nuevo agujero negro puede generar destellos o “flares” al atravesar ese medio. Saber la dirección exacta del retroceso permitirá distinguir las coincidencias reales de simples casualidades y mejorar nuestra comprensión del cosmos.

“La visibilidad de esas chispas depende de cómo se oriente el retroceso respecto a la Tierra. Medirlo es clave para aprovechar todo su potencial”, explica Samson Leong, investigador de la Chinese University of Hong Kong.

Ondas gravitacionales: las arrugas del universo

Predichas por Einstein en 1916 y confirmadas experimentalmente un siglo después, las ondas gravitacionales son diminutas ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Gracias a ellas podemos observar fenómenos invisibles, como fusiones de agujeros negros, y complementar otros que sí emiten luz, como supernovas o estrellas de neutrones.

El 14 de septiembre de 2015, los detectores de LIGO registraron por primera vez una señal de este tipo, inaugurando una nueva era en la astrofísica. Desde entonces, casi 300 ondas han llegado hasta la Tierra, y Galicia se ha situado en primera línea de su análisis. Tras convertirse en Unidad de Excelencia María de Maeztu en 2017, el IGFAE apostó fuerte por esta línea de investigación y se incorporó en 2018 a la colaboración internacional LIGO, que agrupa a más de 1.500 científicos de todo el mundo.