Un grupo de astrónomos ha descubierto un agujero negro como ningún otro. Con cien mil masas solares, es más pequeño que los agujeros negros que hemos encontrado en el centro de las galaxias, pero más grande que nacen cuando explotan las estrellas. Esto lo convierte en uno de los únicos agujeros negros de masa intermedia confirmados, un objeto que los astrónomos han buscado durante mucho tiempo.
«Tenemos muy buenas detecciones de los agujeros negros de masa estelar más grandes de hasta 100 veces el tamaño de nuestro sol, y agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias que son millones de veces el tamaño de nuestro sol, pero de otros entre estas medidas. Esa es una gran brecha«, comenta el autor principal Anil Seth, profesor asociado de astronomía en la Universidad de Utah. «Este descubrimiento llena el vacío«.
Una oportunidad para aprender más sobre el tipo de agujero negro que puede estar en los centros de las galaxias de baja masa
El agujero negro estaba oculto dentro de B023-G078, un enorme cúmulo estelar en nuestra galaxia vecina más cercana, Andrómeda. Durante mucho tiempo se pensó que era un cúmulo estelar globular, pero los investigadores argumentan que B023-G078 es, en cambio, un núcleo desnudo. Los núcleos despojados son restos de pequeñas galaxias que cayeron en otras más grandes y sus estrellas exteriores fueron despojadas por las fuerzas gravitatorias. Lo que queda atrás es un núcleo diminuto y denso que orbita alrededor de la galaxia más grande y en el centro de ese núcleo, un agujero negro.
«Anteriormente, encontramos grandes agujeros negros dentro de núcleos desnudos masivos que son mucho más grandes que B023-G078. Sabíamos que debe haber agujeros negros más pequeños en núcleos desnudos de menor masa, pero nunca ha habido evidencia directa«, afirma la autora principal, la investigadora postdoctoral Renuka Pechetti, de la Universidad John Moores de Liverpool, quien comenzó este estudio mientras estaba en la Universidad de Utah. «Creo que este es un caso bastante claro de que finalmente hemos encontrado uno de estos objetos«. El estudio fue publicado en The Astrophysical Journal.
Una corazonada de décadas
B023-G078 era conocido como un cúmulo estelar globular masivo, una colección esférica de estrellas unidas estrechamente por la gravedad. Sin embargo, sólo hubo una única observación del objeto que determinó su masa total, alrededor de 6,2 millones de masas solares. Durante años, Seth tuvo la sensación de que era otra cosa.
«Sabía que el objeto B023-G078 era uno de los objetos más masivos de Andrómeda y pensé que podría ser un candidato para un núcleo desnudo. Pero necesitábamos datos para probarlo. Habíamos estado intentando obtener tiempo de observación en varios telescopios para tener más datos durante muchos años y mis propuestas siempre fracasaron«, recuerda Seth. «Cuando descubrimos un agujero negro supermasivo dentro de un núcleo desnudo en 2014, el Observatorio Gemini nos dio la oportunidad de explorar la idea«.
Con sus nuevos datos de observación del Observatorio Gemini e imágenes del Telescopio Espacial Hubble, Pechetti, Seth y su equipo calcularon cómo se distribuía la masa dentro del objeto modelando su perfil de luz. Un cúmulo globular tiene un perfil de luz característico que tiene la misma forma cerca del centro que en las regiones exteriores. B023-G078 es diferente. La luz en el centro es redonda y luego se vuelve más plana al moverse hacia afuera. La composición química de las estrellas también cambia, con más elementos pesados en las estrellas del centro que en las que están cerca del borde del objeto.
Las velocidades estelares fueron la clave
«Los cúmulos de estrellas globulares básicamente se forman al mismo tiempo. En contraste, estos núcleos despojados pueden tener episodios de formación repetidos, donde el gas cae en el centro de la galaxia y forma estrellas. Y otros cúmulos de estrellas pueden ser arrastrados al centro por la fuerza gravitatoria de la galaxia«, comenta Seth. «Es una especie de vertedero para un montón de cosas diferentes. Entonces, las estrellas en núcleos desnudos serán más complicadas que en los cúmulos globulares. Y eso es lo que vimos en B023-G078«.
Los investigadores utilizaron la distribución de masa del objeto para predecir qué tan rápido deberían moverse las estrellas en cualquier lugar dentro del cúmulo y lo compararon con sus datos. Las estrellas de mayor velocidad orbitaban alrededor del centro. Cuando construyeron un modelo sin incluir un agujero negro, las estrellas en el centro eran demasiado lentas en comparación con sus observaciones. Cuando agregaron el agujero negro, obtuvieron velocidades que coincidían con los datos. El agujero negro se suma a la evidencia de que este objeto es un núcleo desnudo.
«Las velocidades estelares que estamos recibiendo nos dan evidencia directa de que hay algún tipo de masa oscura justo en el centro«, asegura Pechetti. «Es muy difícil que los cúmulos globulares formen grandes agujeros negros. Pero si está en un núcleo despojado, entonces ya debe haber un agujero negro presente, abandonado como un remanente de la galaxia más pequeña que cayó en la más grande«.
Una oportunidad para aprender más sobre los agujeros negros
Los investigadores esperan observar más núcleos desnudos que puedan contener más agujeros negros de masa intermedia. Son una oportunidad para aprender más sobre la población de agujeros negros en los centros de las galaxias de baja masa y aprender cómo se construyen las galaxias a partir de bloques de construcción más pequeños.
«Sabemos que las grandes galaxias se forman generalmente a partir de la fusión de galaxias más pequeñas, pero estos núcleos desnudos nos permiten descifrar los detalles de esas interacciones pasadas«, concluye Seth.
Otros autores del estudio son, Sebastian Kamann, de la Universidad John Moores de Liverpool; Nelson Caldwell, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica; Jay Strader, de la Universidad Estatal de Michigan; Mark den Brok, del Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam; Nora Luetzgendorf, de la Agencia Espacial Europea; Nadine Neumayer, del Max Planck Institüt für Astronomie; y Karina Voggel, del Observatorio astronómico de Estrasburgo.
Fuente: The Astrophysical Journal.
