El agujero negro más masivo podría no serlo: una lente cósmica habría amplificado su señal

En noviembre de 2023, los detectores LIGO captaron algo extraordinario: las ondas gravitacionales de dos agujeros negros fusionándose, con una masa combinada que parecía alcanzar entre 190 y 265 veces la del Sol. El evento, designado GW231123, fue inmediatamente reconocido como la colisión de agujeros negros más masiva jamás observada. Pero ahora, investigadores del Instituto Max Planck de Física Gravitacional cuestionan esa conclusión. Quizás, sugieren, lo que los detectores registraron no fue tan colosal después de todo. La señal podría haber sido amplificada y distorsionada por la gravedad de objetos masivos situados entre la fuente y la Tierra, como si hubiera pasado a través de una lupa cósmica.

Srashti Goyal, Héctor Villarrubia Rojo y Miguel Zumalacárregui proponen que GW231123 atravesó una combinación de lente gravitacional y microlente, fenómenos predichos por la relatividad general hace más de un siglo. Cuando la gravedad de un objeto muy masivo curva el espacio-tiempo, puede desviar la trayectoria de la luz y las ondas gravitacionales, amplificando su intensidad como lo haría una lente gigantesca. El efecto es bien conocido en astronomía, pero aplicarlo a las ondas gravitacionales abre una nueva dimensión de análisis. Los investigadores examinaron GW231123 bajo tres escenarios distintos: sin lente gravitacional, con una lente puntual aislada, y con una lente puntual incrustada en un campo gravitacional mayor, como el que produciría una galaxia. Este último modelo es el más completo porque captura simultáneamente los efectos de diferentes escalas gravitacionales.

La evidencia más convincente reside en una pequeña distorsión de la señal. Una lente compacta puede producir difracción en régimen de óptica ondulatoria, causando que la onda gravitacional muestre interferencias y modificaciones características en lugar de comportarse como un simple rayo. En GW231123 aparece una estructura adicional separada aproximadamente 20 milisegundos de la señal principal, una característica que no puede explicarse completamente mediante la óptica geométrica convencional. El análisis encontró una probabilidad de falsa alarma inferior al 1%, lo que sugiere que el ruido de los detectores no produjo por azar una señal semejante. Sin embargo, los propios autores advierten que esto no constituye aún una detección definitiva de la lente gravitacional.

Si la interpretación es correcta, la historia física de estos agujeros negros cambia dramáticamente. Sin lente, el sistema parece tener una masa total cercana a 232 masas solares, exigiendo agujeros negros extraordinariamente pesados con velocidades de rotación muy elevadas, un escenario difícil de reconciliar con los modelos conocidos de formación. Con la lente gravitacional incluida, el panorama se vuelve menos extremo. El análisis sitúa la masa total intrínseca del sistema alrededor de 137 masas solares como valor mediano, con componentes individuales por debajo de 100 y 50 masas solares. La fuente podría encontrarse a un corrimiento del rojo cercano a 1.2, mucho más lejos de lo que sugeriría la estimación sin lente. Este cambio de perspectiva permite que el sistema encaje más naturalmente dentro de los escenarios habituales de formación de agujeros negros.

Pero la lente misma plantea un misterio. El estudio estima que el objeto compacto responsable de la difracción podría tener entre 188 y 850 masas solares bajo el modelo de una lente incrustada en una galaxia. Podría ser un agujero negro de masa intermedia, una estructura extendida como un cúmulo globular, o incluso un conjunto de objetos estelares. Miguel Zumalacárregui señala que las lentes compactas individuales con entre 100 y 1000 masas solares deberían ser extremadamente raras, lo que abre la pregunta de cómo se formó este objeto o si un conjunto de objetos más ligeros, incluidas las estrellas, podría explicar el fenómeno. Héctor Villarrubia Rojo añade que la lente compacta parece estar inmersa en un campo gravitatorio mayor, como el de la galaxia que la alberga, permitiendo describir tanto la difracción a pequeña escala como la magnificación a gran escala dentro de un mismo marco teórico.

Al final, GW231123 se encuentra en una situación peculiar. El nuevo análisis no demuestra de manera definitiva que la señal fue distorsionada por una lente gravitacional, pero muestra que esta posibilidad puede explicar varias de sus características extraordinarias simultáneamente. El estudio, publicado en The Astrophysical Journal Letters, revela algo más profundo: las ondas gravitacionales podrían convertirse en una herramienta para estudiar no solo los objetos que las producen, sino también todo aquello que encuentran durante su viaje a través del universo. Futuras observaciones y análisis deberán determinar si la lente es real y qué naturaleza tiene, abriendo nuevas posibilidades para comprender tanto la formación de agujeros negros como la estructura del cosmos.