Esta última década ha asistido a un espectacular aumento de descubrimientos de ondas gravitacionales por la red LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), de forma que se ha llegado a un total de más de 300 fusiones de agujeros negros, la mayoría ya confirmadas. Si bien las señales observadas provienen principalmente de colisiones de agujeros negros de origen estelar, también se han conseguido las primeras observaciones de colisiones de estrellas de neutrones, fusiones entre una estrella de neutrones y un agujero negro, o fusiones asimétricas, en las que un agujero negro es significativamente más masivo que el objeto compacto secundario, entre otras.

“Las múltiples detecciones de ondas gravitatorias realizadas en la última década han revelado la existencia de nuevas poblaciones de sistemas binarios de objetos compactos. Nuestros análisis de fusiones de agujeros negros están permitiendo explorar el régimen de campo gravitatorio fuerte y dinámico y poner a prueba los límites de la teoría de la Relatividad General de Einstein y sus predicciones paradigmáticas”, explica José Antonio Font, catedrático del Departamento de Astronomía y Astrofísica (UV) y coordinador del grupo Virgo Valencia.

“Es fascinante que estas señales de ondas gravitacionales nos permitan poner a prueba nuestra comprensión de la gravedad. Han sido 10 años maravillosos desde la primera detección directa y el futuro es simplemente brillante. La próxima semana tendrá lugar un evento para celebrar este aniversario en Mallorca con participación del grupo Virgo en Valencia”, destaca Isabel Cordero, investigadora del Departamento de Matemáticas de la UV y responsble de divulgación de Virgo-Valencia.

El 14 de septiembre de 2015, una señal llegó a la Tierra llevando información sobre un par de agujeros negros lejanos que se habían acercado en espiral hasta fusionarse. La señal había viajado unos 1.300 millones de años para alcanzar la velocidad de la luz, pero no estaba hecha de luz. Era una señal de otro tipo: un temblor del espacio-tiempo conocido como ondas gravitacionales, predicho por primera vez por Albert Einstein cien años antes. Aquel día, hace diez años, los dos detectores gemelos del Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO) realizaron la primera detección directa de ondas gravitacionales. Las colaboraciones LIGO y Virgo lo anunciaron al mundo en febrero de 2016, tras seis meses de análisis y verificación.

El histórico hallazgo quería decir que los investigadores e investigadoras ahora podían empezar a percibir el universo a través de tres canales diferentes. Ya se habían captado antes ondas de luz —rayos X, luz visible, ondas de radio y otras longitudes de onda—, así como partículas de alta energía llamadas rayos cósmicos y neutrinos. Por primera vez la comunidad científica era testigo de un evento cósmico a través de la deformación gravitatoria del espacio-tiempo. Por este logro, soñado más de cuarenta años antes, tres de los fundadores de LIGO recibieron el Premio Nobel de Física en 2017: Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne.

La mejora en la sensibilidad de los instrumentos ha sido demostrada en un descubrimiento reciente: la fusión de agujeros negros denominada GW250114 (14 enero 2025). Al analizar las frecuencias de las ondas gravitacionales emitidas durante la fusión, la colaboración LVK fue capaz de obtener la mejor evidencia observacional registrada hasta la fecha del llamado teorema del área de los agujeros negros, propuesto por Stephen Hawking en 1971. El teorema establece que la superficie total de los agujeros negros no puede disminuir. Cuando los agujeros negros se fusionan, sus masas se combinan y, por tanto, la superficie crece. Sin embargo, el proceso de fusión también irradia energía en forma de ondas gravitacionales y además puede incrementar la velocidad de rotación del agujero negro resultante, lo que conduciría a reducir su área. El teorema de Hawking afirma que, pese a que estos efectos compiten, el área total debe aumentar en tamaño.

La parte más complicada de este tipo de análisis tenía que ver con determinar la superficie final del agujero negro fusionado. En el nuevo estudio, los investigadores e investigadoras pudieron medir con precisión los detalles de la fase de relajación, lo que les permitió calcular la masa y la velocidad de rotación del agujero negro y, posteriormente, determinar su superficie. Más concretamente, pudieron, por primera vez, identificar con seguridad dos modos distintos de ondas gravitacionales en la fase de relajación. La mejora de los datos de GW250114 permitió al equipo extraer los modos, lo que demostró que la relajación del agujero negro se produjo exactamente como predijeron los modelos matemáticos.

Otro estudio del LVK, enviado hoy a la revista Physical Review Letters, establece límites a un tercer tono más agudo previsto en la señal GW250114 y realiza algunas de las pruebas más rigurosas hasta la fecha sobre la precisión de la relatividad general a la hora de describir la fusión de agujeros negros.

La colaboración LIGO-Virgo-KAGRA

LIGO, Virgo y KAGRA operan de manera coordinada y actualmente observan de forma rutinaria aproximadamente una fusión de agujeros negros cada tres días. En conjunto, la red de búsqueda de ondas gravitacionales LVK ha registrado un total de más de 300 fusiones de agujeros negros, la mayoría ya confirmadas, mientras que otras esperan un análisis más detallado. Durante la actual campaña de observación científica de la red, la cuarta desde la primera que tuvo lugar en 2015, LVK ha descubierto unas 230 fusiones de agujeros negros candidatas, más del doble de las registradas en las tres primeras campañas.

LIGO está financiado por la NSF (Fundación Nacional de la Ciencia, EE.UU.) y gestionado por Caltech y el MIT, que conjuntamente concibieron y construyeron el proyecto. La Colaboración Virgo está compuesta actualmente por aproximadamente 1000 miembros de 175 instituciones de 20 países diferentes (principalmente europeos). KAGRA es un interferómetro láser con brazos de 3 kilómetros de longitud situado en Kamioka, Gifu (Japón). La institución anfitriona es el Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos (ICRR) de la Universidad de Tokio.