Durante décadas, los astrónomos han buscado sin mucho éxito signos de los agujeros negros considerados como el «eslabón perdido», aquellos con masas intermedias entre los agujeros negros de masa estelar y los agujeros negros supermasivos. Los primeros se han observado dispersos por todo el universo y los segundos son titanes cósmicos que dominan el corazón de las galaxias. Sin embargo, cuando se trata de agujeros negros de masa intermedia, los científicos solo han encontrado evidencias de aproximadamente diez.
Este mes, los científicos anunciaron que, utilizando datos del Telescopio Espacial Hubble, han revelado la mejor evidencia hasta ahora de un agujero negro de masa intermedia en Omega Centauri, los restos de una galaxia canibalizada por la Vía Láctea. Y, bueno, parece que buscar agujeros negros de masa intermedia es como esperar un autobús en Londres; esperas una eternidad y luego llegan dos a la vez.
Un equipo separado de investigadores ha descubierto evidencia de otro agujero negro de tamaño medio, esta vez acechando cerca del agujero negro supermasivo Sagitario A* (Sgr A*) en el corazón de la Vía Láctea, a unos 27,000 años luz de la Tierra.
Descubrimiento del agujero negro intermedio
El equipo, liderado por Florian Peißker de la Universidad de Colonia, descubrió este agujero negro de masa intermedia mientras evaluaban el cúmulo estelar IRS 13, ubicado a aproximadamente 0.1 años luz de Sgr A*.
«IRS 13 parece ser un bloque de construcción esencial para el crecimiento de nuestro agujero negro central Sgr A*», dijo Peißker. «Este fascinante cúmulo estelar ha seguido sorprendiendo a la comunidad científica desde que se descubrió hace unos veinte años. Al principio, se pensaba que era una estrella inusualmente pesada. Sin embargo, con los datos de alta resolución, ahora podemos confirmar la composición de este cúmulo con un agujero negro de masa intermedia en el centro.»
Los agujeros negros de masa estelar, con entre cinco y 100 masas solares, se forman a partir del colapso de estrellas con al menos ocho veces la masa de nuestro Sol. Sin embargo, los agujeros negros supermasivos deben tener un origen diferente, ya que ninguna estrella podría ser lo suficientemente masiva como para colapsar y dejar un remanente de millones o incluso miles de millones de veces la masa del Sol.
Esto ha llevado a los científicos a teorizar que los agujeros negros supermasivos deben nacer a través de cadenas de fusión de agujeros negros progresivamente más grandes. También se piensa que estos titanes cósmicos crecen alimentándose vorazmente de la materia que los rodea, incluidas las estrellas desafortunadas que se acercan demasiado y son desmenuzadas para luego ser absorbidas por el agujero negro en un evento conocido como «evento de disrupción por marea» o «TDE».
La búsqueda de los vacíos perdidos del universo
Esto significa que debería haber una población de semillas de agujeros negros en el cosmos que existan en esa vasta brecha de masa entre los agujeros negros de masa estelar y los agujeros negros supermasivos, pero que aún no han alcanzado el estado de «supermasivo». Sin embargo, estos agujeros negros de masa intermedia han sido frustrantemente difíciles de detectar.
Como todos los agujeros negros, los agujeros negros de masa intermedia están delimitados por una «superficie» que atrapa la luz llamada el horizonte de eventos. Gracias a este límite entre el universo observable y lo que hay dentro de un agujero negro, no solo es imposible que cualquier señal viaje desde el interior de un agujero negro hasta el cosmos exterior, sino que también es efectivamente imposible «ver» un agujero negro. Es decir, a menos que esté destrozando estrellas en TDE brillantes o alimentándose de la materia que lo rodea, lo cual se calienta y brilla intensamente.
Sin embargo, los agujeros negros de masa intermedia no han alcanzado tamaños supermasivos porque no están rodeados por una gran cantidad de material del cual alimentarse, por lo que no emiten emisiones brillantes de luz en sus alrededores, lo que significa que son prácticamente completamente oscuros. Por lo tanto, los científicos tienen que usar técnicas ingeniosas para detectar agujeros negros de masa intermedia que no están alimentándose. Por ejemplo, observan el comportamiento de la materia visible alrededor de los agujeros negros, como las estrellas, para ver si están afectadas por algún efecto gravitacional. Si es así, esos efectos podrían ser causados por un agujero negro cercano.
Mientras observaban IRS 13, Peißker y sus colegas vieron que las estrellas de este cúmulo en el corazón de la Vía Láctea se movían en un patrón ordenado. Esto fue sorprendente porque el equipo esperaba que las estrellas estuvieran ordenadas de manera aleatoria.
Podría haber dos explicaciones para esta observación. O bien IRS 13 está interactuando con Sgr A*, y esto está haciendo que sus estrellas se muevan de manera ordenada, o hay una gran influencia gravitacional en este cúmulo que lo mantiene bien ordenado.
Usando instrumentos como el Very Large Telescope (VLT), el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el telescopio espacial de rayos X Chandra, los científicos pudieron determinar que la forma compacta y bien ordenada de IRS 13 podría deberse a la presencia de un agujero negro de masa intermedia ubicado en el centro de IRS 13.
Evidencia de un agujero negro de masa intermedia
Este hallazgo es respaldado por los astrónomos que han visto rayos X provenientes del cúmulo estelar, lo que indica gas ionizado rotando a velocidades de cientos de miles de millas por hora. Ese gas ionizado caliente podría estar girando alrededor de la boca de este recién descubierto agujero negro de masa intermedia.
Esto no solo proporcionaría a los astrónomos otro «eslabón perdido» de agujeros negros, sino que los hallazgos también pueden explicar un misterio persistente alrededor de IRS 13. El cúmulo estelar parecía ser mucho más denso que otros cúmulos estelares similares en nuestra galaxia, lo cual sería esperado si alberga un agujero negro de masa intermedia.
Uno de los objetos más buscados en el universo acaba de ser detectado aquí mismo, en la galaxia Vía Láctea.
En el centro de un cúmulo de estrellas densamente empaquetado, esférico, llamado Omega Centauri, a unos 17,000 años luz de distancia, los astrónomos han encontrado evidencia de un agujero negro de masa intermedia, inclinando las escalas cósmicas a una masa equivalente a al menos 8,200 soles.
Es una de las mejores pistas que tenemos hasta ahora sobre estas bestias elusivas, agujeros negros que caen en el rango de masa entre los agujeros negros de masa estelar y los monstruos supermasivos que acechan en los corazones de las galaxias. Y es el último en una serie de detecciones en cúmulos globulares de estrellas, lo que confirma que estos extraños conjuntos son uno de los mejores lugares para buscar.
«Informamos las observaciones de siete estrellas de movimiento rápido en los 3 segundos de arco centrales (0.08 pc) de Omega Centauri», escribe un equipo de astrónomos liderado por Maximilian Häberle del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania.
«Las velocidades de las estrellas de movimiento rápido son significativamente más altas que la velocidad de escape central esperada del cúmulo estelar, por lo que su presencia solo puede explicarse al estar ligadas a un agujero negro masivo. A partir de las velocidades solamente, podemos inferir un límite inferior firme de la masa del agujero negro de aproximadamente 8,200 masas solares, lo que lo convierte en un buen caso para un agujero negro de masa intermedia en el universo local.»
Los cúmulos globulares como puntos de búsqueda
Los agujeros negros de masa intermedia (IMBH, por sus siglas en inglés) son escasos, al menos en la medida en que hemos podido determinar hasta ahora. Estos caen en un rango de masa mal definido que generalmente se sitúa entre unas 100 y 100,000 a un millón de masas solares.
A ambos lados, tenemos agujeros negros de masa estelar en el extremo pequeño, aquellos que se han formado a partir del colapso del núcleo de una estrella masiva y fusiones de estos agujeros negros; y en el lado más grande están los supermasivos, millones a miles de millones de veces la masa del Sol.
Esto presenta un problema, porque sin IMBH, no hay ‘tejido conectivo’ que una los dos rangos de masa. Los astrónomos piensan que los agujeros negros supermasivos pueden crecer gradualmente a partir de la acumulación lenta y fusiones jerárquicas de agujeros negros de masa estelar, pero necesitaríamos mucha más evidencia de IMBH para explicar la cantidad de agujeros negros supermasivos que hay.
Los cúmulos globulares parecen ser un buen lugar para buscar. Estos son grupos de estrellas que pueden contar con millones, todos reunidos en una estructura aproximadamente esférica, empaquetados como sardinas brillantes. La Vía Láctea tiene alrededor de 150 cúmulos globulares conocidos, y su densidad y distribución son bastante distintivas.
Aunque generalmente son bastante antiguos, algunos cúmulos globulares muestran signos de ser núcleos de galaxias enanas que han sido despojadas de sus estrellas exteriores por el campo gravitacional de la Vía Láctea. Estos núcleos de galaxias suelen tener agujeros negros supermasivos, y los IMBH son una extensión plausible de este proceso.
