Qué pasa cuando dos agujeros negros chocan: el evento GW250114 tiene la respuesta

El 14 de enero de 2025, la fusión de dos agujeros negros estremeció el espacio-tiempo y llegó a la Tierra como ondas gravitacionales. La señal GW250114 reveló con una claridad inédita qué ocurre en estos choques cósmicos y confirmó dos de las leyes más audaces de la física.

Por Enrique Coperías

Ilustración de la fusión de agujeros negros GW250114, observada a través de ondas gravitacionales por el observatorio LIGO. Este evento cósmico, registrado con una nitidez sin precedentes, confirma el poder de la astronomía de ondas gravitacionales. Hoy, LIGO trabaja en red junto a los detectores Virgo (Europa) y KAGRA (Japón) para estudiar las colisiones de agujeros negros en el universo. Cortesía: Aurore Simonnet (SSU/EdEon) / LVK / URI

El 14 de enero de 2025, a las 08:22:03 UTC, la Tierra vibró imperceptiblemente. Los interferómetros del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), en Hanford (Washington) y Livingston (Luisiana), registraron un temblor en el espacio-tiempo, una arruga de origen remoto que había viajado más de mil millones de años luz para llegar hasta nosotros.

La señal, bautizada GW250114, se parecía mucho a la histórica GW150914, la primera onda gravitacional detectada en 2015. Pero había una diferencia clave: esta vez, la calidad de la observación fue incomparablemente superior. Con una relación señal/ruido de 80 —la más alta registrada hasta la fecha— los científicos tuvieron ante sí la versión más nítida de un fenómeno que hasta hace poco parecía inalcanzable: la colisión de dos agujeros negros estelares.

Lo que siguió no fue solo un nuevo punto en el catálogo, sino un hito para la física fundamental. Por primera vez, las colaboraciones LIGO, Virgo y KAGRA han podido poner a prueba de forma directa dos de las predicciones más profundas sobre estos objetos extremos: que los agujeros negros resultantes se comportan como los describe la solución de Kerr de la relatividad general de Einstein y que cumplen con la ley del área de Hawking, un principio que equipara el crecimiento de la superficie de su horizonte de sucesos con la segunda ley de la termodinámica.

En palabras llanas: la fusión observada no solo nos dice que dos monstruos de unas treinta masas solares se fundieron en uno mayor de casi 63, sino que el universo parece obedecer con precisión las reglas que los teóricos llevan medio siglo sospechando.

LIGO, Virgo y KAGRA: la red global LVK

Hace apenas diez años, en septiembre de 2015, el anuncio de GW150914 cambió para siempre la astronomía. Dos agujeros negros de 36 y 29 masas solares chocaban y, en el proceso, liberaban más energía en forma de ondas gravitacionales que la luz visible de todas las estrellas del universo en ese instante. La señal fue débil —una diminuta variación de una diezmilésima del tamaño de un protón en los brazos del detector— pero bastó para inaugurar una nueva ventana de observación.

Desde entonces, el catálogo de ondas gravitacionales no ha dejado de crecer: centenares de fusiones de agujeros negros, unas cuantas de estrellas de neutrones y una galaxia entera de datos sobre cómo se comporta la gravedad en su versión más salvaje. Los instrumentos han mejorado gracias a innovaciones en óptica cuántica y reducción del ruido. De hecho, GW250114 alcanzó una sensibilidad cercana al límite de diseño de LIGO, lo que explica su claridad.

«La red global LVK es esencial para la astronomía de ondas gravitacionales —afirma Gianluca Gemme, portavoz de Virgo y director de investigación del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia. Y añade—: Con tres o más detectores funcionando al unísono, podemos localizar eventos cósmicos con mayor precisión, extraer información astrofísica más rica y habilitar alertas rápidas para el seguimiento multimensajero. Virgo se enorgullece de contribuir a este esfuerzo científico mundial».

Una trescientas fusiones de agujeros negros

Y para comprender la magnitud de este progreso conviene situarlo en cifras: LIGO, que consta de detectores en Hanford y Livingston, observa de manera rutinaria aproximadamente una fusión de agujeros negros cada tres días. LIGO opera ahora en coordinación con dos socios internacionales, el detector de ondas gravitacionales Virgo, en Italia; y el KAGRA, en Japón.

Esta red cazadora de ondas gravitacionales, conocida como LVK (LIGO, Virgo, KAGRA), ha captado unas trescientas fusiones de agujeros negros, algunas de las cuales están confirmadas mientras que otras permanecen a la espera de un análisis adicional. Durante la actual campaña científica de la red, la cuarta desde la primera en 2015, la LVK ha descubierto más de doscientas posibles fusiones de agujeros negros, más del doble de las detectadas en las tres primeras campañas.

Si GW150914 se erige como el primer destello en una noche oscura, GW250114 es como observar con un telescopio de última generación: cada detalle queda más definido, cada matiz puede someterse a escrutinio.

Qué es la métrica de Kerr

Uno de los misterios más fascinantes de los agujeros negros es que, pese a su complejidad aparente, la teoría predice que son objetos extraordinariamente simples. Según el teorema de la unicidad de la relatividad general, un agujero negro aislado queda descrito solo por tres números: su masa, su espín (o momento angular) y su carga eléctrica.

En la práctica, los astrofísicos consideran que la carga es irrelevante: los agujeros negros que pueblan el cosmos son, en esencia, masas giratorias descritas por la métrica de Kerr. Esta es, en esencia, el retrato matemático de un agujero negro en rotación. Fue propuesta en 1963 por el matemático neozelandés Roy Kerr, y supuso un antes y un después en la física relativista.

Si la solución de Schwarzschild describía un agujero negro inmóvil y sin giro, la métrica de Kerr introdujo el ingrediente que hace más realista el modelo: el espín, o momento angular. En el universo, casi todos los agujeros negros giran porque heredan el impulso de las estrellas que les dieron origen y de la materia que engullen.

Esto es lo que sucede cuando dos agujeros negros acaban chocando. Cortesía: ESA – S. Poletti

La sencillez de lo extremo

La belleza dela métrica de Kerr es que, pese a tratarse de uno de los objetos más extremos que existen, basta con dos parámetros —masa y espín— para describirlos por completo. De ahí surge una de sus predicciones más llamativas: alrededor del horizonte de sucesos aparece la llamada ergosfera, una región donde el espacio-tiempo entero es arrastrado por la rotación del agujero negro como si se tratara de un remolino cósmico. Nada puede permanecer quieto en su interior; todo debe girar.

Dicho de otra manera, la métrica de Kerr no solo nos dice cómo se curva el espacio-tiempo en las inmediaciones de un agujero negro que rota, sino que además nos da la clave de por qué estos objetos son, paradójicamente, tan simples. A pesar de la violencia de sus orígenes y la complejidad de sus efectos, basta con conocer su masa y su velocidad de giro para comprenderlos.

Pero hasta ahora esa era, en gran medida, una conjetura. Observar de manera directa que los agujeros negros reales se ajustan a este retrato requiere una herramienta capaz de auscultar sus vibraciones más íntimas: las ondas gravitacionales. Tras la fusión, el agujero negro resultante suena como una campana distorsionada que va perdiendo energía hasta aquietarse. Ese timbre —el llamado ringdown— contiene la huella inconfundible de un agujero negro de Kerr.

👉 GW250114 ofreció un ringdown tan limpio que los físicos pudieron identificar no solo el modo fundamental de vibración, sino también su primer sobretono. Las frecuencias medidas coincidieron, con una precisión del 30 %, con las predicciones de la teoría. Es la confirmación más sólida hasta ahora de que, efectivamente, los agujeros negros que vemos en la naturaleza son los de Einstein y Kerr, y no variantes exóticas o entidades aún más extrañas.

La segunda ley en acción: Hawking tenía razón

Si la relatividad general nos dice cómo se curvan el espacio y el tiempo alrededor de un agujero negro, la termodinámica añade una capa inesperada. En los años setenta, Stephen Hawking y Jacob Bekenstein descubrieron que los agujeros negros podían interpretarse como sistemas termodinámicos. La superficie de su horizonte de sucesos —ese límite del que nada puede escapar— juega el papel de la entropía, la medida del desorden. Y, como dicta la segunda ley de la termodinámica, esa superficie nunca debe disminuir.

En lenguaje más llano: dos agujeros negros que chocan no pueden dar lugar a uno más pequeño en términos de área; el resultado siempre tendrá un horizonte más grande que la suma de los iniciales.

Probar esta ley del área de Hawking era un desafío. Con GW150914 se intentó, pero la señal era demasiado débil y las conclusiones apenas alcanzaban dos sigmas de confianza (una evidencia tenue). Ahora, gracias a GW250114, los investigadores han podido separar los datos en dos fases: el inspiral (cuando los agujeros se acercan en espiral) y el ringdown (cuando el nuevo agujero se asienta).

Calculando el área de cada estado por separado y comparándolas, encontraron que la del agujero negro final era mayor con una confianza superior a cuatro sigmas. En otras palabras: la ley del área de Hawking salió indemne.

Los números del cataclismo

Los protagonistas de esta fusión eran dos agujeros negros casi gemelos: uno de 33,6 masas solares y otro de 32,2. Giraban lentamente, con espines pequeños, y orbitaban en un camino prácticamente circular.

Al colisionar, formaron un agujero negro final de 62,7 masas solares con un espín moderado, de 0,68 en la escala adimensional que usan los físicos. La diferencia de masa —unas tres masas solares— se transformó en ondas gravitacionales, liberadas en una fracción de segundo.

La señal fue tan fuerte que incluso recortando los ciclos más energéticos, aquellos donde la gravedad se desata con más violencia, los resultados seguían siendo consistentes con la ley del área y la métrica de Kerr. Es decir, ni siquiera hacía falta ver el punto culminante para confirmar la física: bastaba con el resto del eco.

En esta ilustración, la luz de un agujero negro más pequeño (izquierda) se curva alrededor de un agujero negro más grande y forma una imagen casi especular en el otro lado. La gravedad de un agujero negro puede deformar el tejido del espacio mismo, de modo que la luz que pasa cerca del agujero negro seguirá un camino curvo a su alrededor. Cortesía: Caltech-IPAC

Implicaciones científicas y filosóficas

Alguien podría preguntarse: ¿qué cambia en nuestras vidas que un agujero negro cumpla o no una ley abstracta de la termodinámica? La respuesta está en la frontera entre lo conocido y lo desconocido.

Las leyes de la relatividad general y de la mecánica cuántica son, por ahora, irreconciliables. Los agujeros negros, que combinan gravedad extrema con fenómenos cuánticos como la radiación de Hawking, son el campo de pruebas perfecto para unificarlas. Confirmar que su comportamiento macroscópico se ajusta a las reglas de Einstein y Hawking no cierra el problema, pero descarta alternativas exóticas y consolida un terreno sólido desde el cual explorar nuevas teorías.

Además, las implicaciones filosóficas son inevitables. Que los agujeros negros tengan entropía y obedezcan una segunda ley abre la puerta a interpretaciones profundas sobre la naturaleza del tiempo, la información y la flecha del universo. Cada nueva comprobación empírica es un recordatorio de que estas ideas no son meros juegos matemáticos: el cosmos parece de verdad escrito en ese lenguaje.

Un futuro vibrante

El artículo publicado en Physical Review Letters subraya que estamos solo al comienzo. Si en 2015 apenas podíamos distinguir el rumor de una fusión lejana, hoy podemos analizar sus modos de vibración individuales.

La próxima década promete aún más: la entrada en servicio de observatorios como LISA, en el espacio, o el Einstein Telescope, en Europa, permitirá captar ondas gravitacionales de frecuencia distinta, provenientes de agujeros negros supermasivos. Allí, los test de relatividad general y de termodinámica cósmica serán todavía más extremos.

Mientras tanto, GW250114 marca un antes y un después. Es la constatación de que los agujeros negros observados son tan simples como los soñó la teoría, que crecen como predijo Hawking y que la naturaleza, incluso en sus episodios más violentos, respeta leyes universales.

La música de lo invisible

Quizá lo más asombroso de todo es que esta historia comenzó con un susurro en la tela del espacio-tiempo, un patrón de oscilaciones que ningún oído humano podría detectar.

Sin embargo, traducido en datos, ese susurro nos habla de cataclismos lejanos, de matemáticas convertidas en realidad y de un universo que, pese a su misterio, parece seguir reglas que podemos entender.

GW250114 es más que un registro técnico: es la prueba de que la ciencia puede escuchar la música de lo invisible y encontrar en ella confirmación de algunas de las ideas más audaces jamás concebidas. Hawking estaría satisfecho: su segunda ley, puesta a prueba en el crisol cósmico de dos agujeros negros en fusión, ha sobrevivido intacta.▪️

• Información facilitada por el MIT

• Fuente: A. G. Abac, I. Abouelfettouh, F. Acernese, K. Ackley, C. Adamcewicz, S. Adhicary, D. Adhikari, N. Adhikari, R. X. Adhikari et al. (LIGO Scientific, Virgo, and KAGRA Collaborations). GW250114: Testing Hawking’s Area Law and the Kerr Nature of Black Holes. Physical Review Letters (2025). DOI: https://doi.org/10.1103/kw5g-d732