El MISTERIO continúa en TORNO a los “AGUJEROS NEGROS INTERMEDIOS LIGEROS” 

Estos enigmáticos objetos se sitúan en algún punto entre los agujeros negros normales y los agujeros negros supermasivos. 

Bill Smith, Karan Jani y Krystal Ruiz-Rocha: Los agujeros negros son objetos astronómicos masivos, extraños e increíblemente poderosos. Los científicos saben que los agujeros negros supermasivos residen en los centros de la mayoría de las galaxias. 
 
Y entienden cómo ciertas estrellas forman los agujeros negros de masa estelar comparativamente más pequeños una vez que llegan al final de su vida. Entender cómo los agujeros negros de masa estelar más pequeños podrían formar los agujeros negros supermasivos ayuda a los astrónomos a aprender sobre cómo el universo crece y evoluciona. 
 
Pero hay una pregunta abierta en la investigación de agujeros negros: ¿Qué pasa con los agujeros negros con masas intermedias? Estos son mucho más difíciles de encontrar que sus pares estelares y supermasivos, en un rango de tamaño de unos pocos cientos a unos pocos cientos de miles de veces la masa del Sol. 
 
Somos un equipo de astrónomos que estamos buscando estos agujeros negros intermedios, llamados agujeros negros intermedios. En un nuevo artículo, dos de nosotros (Krystal y Karan) nos asociamos con un grupo de investigadores, incluyendo a la investigadora postdoctoral Anjali Yelikar, para observar las ondulaciones en el espacio-tiempo y detectar la fusión de algunos de estos esquivos agujeros negros. 
 
Llévame al partido de béisbol (de ondas gravitacionales) 
 
Para tener una idea intuitiva de cómo los científicos detectan los agujeros negros de masa estelar, imagina que estás en un partido de béisbol donde estás sentado justo detrás de una gran columna de hormigón y no puedes ver el diamante. Peor aún, el público es ensordecedor, por lo que también es casi imposible ver u oír el partido. 
 
Pero eres un científico, así que sacas un micrófono de alta calidad y tu ordenador y escribes un algoritmo informático que puede tomar datos de audio y separar el ruido del público del “golpe” de un bate golpeando una pelota. 
 
Empiezas a grabar y, con suficiente práctica y actualizaciones de hardware y software, puedes empezar a seguir el partido, aprendiendo cuándo se batea una pelota, en qué dirección va, cuándo impacta en un guante, dónde se estrellan los corredores contra la tierra y más. 
 
Es cierto que esta es una forma difícil de ver un partido de béisbol. Pero a diferencia del béisbol, al observar el universo, a veces lo difícil es todo lo que tenemos. 
 
Este principio de grabar sonido y usar algoritmos informáticos para aislar ciertas ondas sonoras y determinar qué son y de dónde provienen es similar a cómo los astrónomos como nosotros estudiamos las ondas gravitacionales. Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el espacio-tiempo que nos permiten observar objetos como los agujeros negros. 
 
Ahora imagina implementar un algoritmo de sonido diferente, probarlo durante varias entradas del partido y encontrar un golpe particular que ninguna combinación legal de bates y pelotas podría haber producido. Imagina que los datos sugirieran que la pelota era más grande y pesada que una pelota de béisbol legal. Si nuestro artículo se hubiera centrado en un partido de béisbol en lugar de en ondas gravitacionales, eso es lo que habríamos encontrado. 
 
Escuchando ondas gravitacionales. 
 
Si bien el sistema de grabación de béisbol está diseñado específicamente para escuchar los sonidos de un partido de béisbol, los científicos utilizan un observatorio especializado llamado Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) para observar el “sonido” de dos agujeros negros fusionándose en el universo. 
 
Los científicos buscan las ondas gravitacionales que podemos medir con LIGO, que cuenta con uno de los sistemas láser y óptico más avanzados jamás creados. 
 
En cada evento, dos agujeros negros “progenitores” se fusionan en un único agujero negro más masivo. Utilizando los datos de LIGO, los científicos pueden determinar dónde y a qué distancia ocurrió la fusión, la masa de los agujeros negros progenitores y los resultantes, la dirección en el cielo donde se produjo la fusión y otros detalles clave. 
 
La mayoría de los agujeros negros progenitores en eventos de fusión se forman originalmente a partir de estrellas que han llegado al final de sus vidas; estos son agujeros negros de masa estelar. 

La brecha de masa de un agujero negro. 
 
No todas las estrellas moribundas pueden crear un agujero negro de masa estelar. Las que lo hacen suelen tener entre 20 y 100 veces la masa del Sol. Sin embargo, debido a la complejidad de la física nuclear, las estrellas muy masivas explotan de forma diferente y no dejan ningún remanente, ya sea un agujero negro o de otro tipo. 
 
Esta física crea lo que llamamos la “brecha de masa” en los agujeros negros. Un agujero negro más pequeño probablemente se formó a partir de una estrella moribunda. Sin embargo, sabemos que un agujero negro con una masa superior a unas 60 veces el tamaño del Sol, si bien no es un agujero negro supermasivo, sigue siendo demasiado grande para haberse formado directamente a partir de una estrella moribunda. 
 
El límite exacto para la brecha de masa aún es algo incierto, y muchos astrofísicos están trabajando en mediciones más precisas. Sin embargo, confiamos en que las brechas de masa existen y que nos encontramos en una aproximación aproximada al límite. 
 
Llamamos a los agujeros negros en esta brecha agujeros negros de masa intermedia lite o IMBH lite, porque son los agujeros negros menos masivos que esperamos que existan a partir de fuentes distintas a las estrellas. Ya no se consideran agujeros negros de masa estelar. 
 
Llamarlos “intermedios” tampoco capta del todo por qué son especiales. Son especiales porque son mucho más difíciles de encontrar, los astrónomos aún no están seguros de qué eventos astronómicos podrían crearlos y llenan un vacío en el conocimiento de los astrónomos sobre cómo crece y evoluciona el universo. 
 
Evidencia de IMBH 
 
. En nuestra investigación, analizamos 11 candidatos a fusión de agujeros negros del tercer ciclo de observación de LIGO. Estos candidatos posiblemente eran señales de ondas gravitacionales que parecían prometedoras, pero que aún requerían más análisis para confirmarlas de forma concluyente. 
 
Los datos sugirieron que, para los 11 que analizamos, su agujero negro final posterior a la fusión podría haber estado en el rango de IMBH lite. Encontramos cinco agujeros negros posteriores a la fusión que, según nuestro análisis, eran IMBH lite con un 90 % de certeza. 
 
Aún más crítico, descubrimos que uno de los eventos tenía un agujero negro original que estaba en el rango de la brecha de masa, y dos tenían agujeros negros originales por encima del rango de la brecha de masa. Dado que sabemos que estos agujeros negros no pueden provenir directamente de estrellas, este hallazgo sugiere que el universo tiene otra forma de crear agujeros negros de esta masa. 
 
Un agujero negro progenitor de esta masa podría ser el producto de otros dos agujeros negros que se fusionaron en el pasado, por lo que observar más IMBH puede ayudarnos a comprender la frecuencia con la que los agujeros negros se encuentran y se fusionan en el universo. 
 
LIGO se encuentra en la fase final de su cuarto ciclo de observación. Dado que este trabajo utilizó datos del tercer ciclo de observación, nos entusiasma aplicar nuestro análisis a este nuevo conjunto de datos. Esperamos continuar buscando IMBH ligeros, y con estos nuevos datos mejoraremos nuestra comprensión de cómo detectar con mayor seguridad estas señales de agujeros negros más masivos, por encima del ruido. 
 
Esperamos que este trabajo no solo fortalezca el caso de los IMBH lite en general, sino que también ayude a arrojar más luz sobre cómo se forman.