Un monstruo invisible se desplaza a través del espacio intergaláctico, moviéndose tan rápido que, si estuviera en nuestro sistema solar, podría viajar de la Tierra a la Luna en solo 14 minutos. Este agujero negro supermasivo, con una masa equivalente a 20 millones de soles, ha dejado tras de sí una estela de estrellas recién nacidas de 200,000 años luz de longitud, el doble del diámetro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Este fenómeno sin precedentes parece ser el resultado de un raro y extraño juego de billar galáctico entre tres agujeros negros masivos.
La Estela de Estrellas
En lugar de devorar estrellas a su paso, como un Pac-Man cósmico, el agujero negro veloz está colisionando con gas a su paso, provocando la formación de nuevas estrellas a lo largo de un estrecho corredor. El agujero negro se mueve tan rápido que no tiene tiempo para alimentarse. Nada similar ha sido visto antes, pero fue capturado accidentalmente por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA.
«Creemos que estamos viendo una estela detrás del agujero negro donde el gas se enfría y es capaz de formar estrellas. Así que estamos observando la formación estelar que sigue al agujero negro,» dijo Pieter van Dokkum de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut. «Lo que estamos viendo es el resultado. Como la estela detrás de un barco, estamos viendo la estela detrás del agujero negro.» La estela debe contener muchas estrellas nuevas, dado que es casi la mitad de brillante que la galaxia anfitriona a la que está vinculada.
La Columna de Gas y Estrellas
El agujero negro se encuentra en un extremo de la columna, que se extiende hasta su galaxia madre. En la punta más externa de la columna, hay un nudo notablemente brillante de oxígeno ionizado. Los investigadores creen que el gas probablemente está siendo chocado y calentado por el movimiento del agujero negro a través del gas, o podría ser radiación de un disco de acreción alrededor del agujero negro. «El gas frente a él se choca debido a este impacto supersónico de alta velocidad del agujero negro moviéndose a través del gas. Cómo funciona exactamente no se sabe realmente,» dijo van Dokkum.
«Esto es pura serendipia que lo encontramos,» añadió van Dokkum. Estaba buscando cúmulos globulares de estrellas en una galaxia enana cercana. «Estaba simplemente revisando la imagen del Hubble y luego noté que tenemos una pequeña raya. Inmediatamente pensé, ‘oh, un rayo cósmico golpeando el detector de la cámara y causando un artefacto de imagen lineal.’ Cuando eliminamos los rayos cósmicos, nos dimos cuenta de que todavía estaba allí. No parecía nada que hubiéramos visto antes.»
Investigaciones Posteriores
Debido a lo extraño del hallazgo, van Dokkum y su equipo realizaron espectroscopía de seguimiento con los Observatorios W. M. Keck en Hawái. Describió la estela de estrellas como «bastante asombrosa, muy, muy brillante y muy inusual.» Esto llevó a la conclusión de que estaban viendo el resultado de un agujero negro volando a través de un halo de gas que rodea a la galaxia anfitriona.
Este cohete intergaláctico es probablemente el resultado de múltiples colisiones de agujeros negros supermasivos. Los astrónomos sospechan que las primeras dos galaxias se fusionaron hace quizás 50 millones de años, lo que reunió dos agujeros negros supermasivos en sus centros. Estos giraron uno alrededor del otro como un agujero negro binario.
Luego, otra galaxia llegó con su propio agujero negro supermasivo. Esto sigue el viejo adagio: «dos es compañía y tres es multitud.» La mezcla de los tres agujeros negros llevó a una configuración caótica e inestable. Uno de los agujeros negros robó impulso de los otros dos y fue expulsado de la galaxia anfitriona. El binario original puede haber permanecido intacto, o el nuevo agujero negro intruso puede haber reemplazado a uno de los dos que estaban en el binario original y expulsado al compañero anterior.
Cuando el agujero negro solitario despegó en una dirección, los agujeros negros binarios se dispararon en la dirección opuesta. Hay una característica vista en el lado opuesto de la galaxia anfitriona que podría ser el agujero negro binario en fuga. La evidencia circunstancial de esto es que no hay signos de un agujero negro activo en el núcleo de la galaxia. El siguiente paso es hacer observaciones de seguimiento con el Telescopio Espacial James Webb de la NASA y el Observatorio de Rayos X Chandra para confirmar la explicación del agujero negro.
El Futuro de las Observaciones
El próximo Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA tendrá una vista panorámica del universo con la exquisita resolución del Hubble. Como un telescopio de sondeo, las observaciones del Roman podrían encontrar más de estas raras e improbables «estelas de estrellas» en otras partes del universo. Esto podría requerir aprendizaje automático utilizando algoritmos que son muy buenos para encontrar formas extrañas específicas en un mar de otros datos astronómicos, según van Dokkum.
El artículo de investigación se publicará el 6 de abril en The Astrophysical Journal Letters.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, gestiona el telescopio. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore realiza las operaciones científicas del Hubble. El STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, D.C.
Un Agujero Negro Masivo Cercano
Usando el Telescopio Espacial Hubble, los astrónomos han descubierto el agujero negro masivo más cercano a la Tierra jamás visto, un titán cósmico «congelado en el tiempo». Este objeto, un ejemplo de un esquivo «agujero negro de masa intermedia,» podría servir como un eslabón perdido en la comprensión de la conexión entre los agujeros negros de masa estelar y los supermasivos.
El agujero negro parece tener una masa de alrededor de 8,200 soles, lo que lo hace considerablemente más masivo que los agujeros negros de masa estelar con masas entre 5 y 100 veces la del sol, y mucho menos masivo que los denominados agujeros negros supermasivos, que tienen masas de millones a miles de millones de veces la del sol. El agujero negro de masa estelar más cercano que los científicos han encontrado se llama Gaia-BH1, y se encuentra a solo 1,560 años luz de nosotros.
El agujero negro de masa intermedia recién descubierto, por otro lado, reside en una espectacular colección de unos diez millones de estrellas llamada Omega Centauri, que se encuentra a unos 18,000 años luz de la Tierra.
La Evolución de las Galaxias
Curiosamente, el hecho de que el agujero negro «congelado» parece haber detenido su crecimiento apoya la idea de que Omega Centauri es el remanente de una antigua galaxia canibalizada por nuestra propia galaxia. Esto sugiere que Omega Centauri es en realidad el núcleo de una pequeña galaxia separada cuya evolución fue truncada cuando la Vía Láctea la devoró.
Si este evento no hubiera ocurrido, este agujero negro intermedio podría haber crecido posiblemente hasta alcanzar un estado supermasivo como el propio agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, Sagitario A* (Sgr A*), que tiene una masa 4.3 millones de veces la del sol y está ubicado a 27,000 años luz de la Tierra.
Los científicos han sabido por algún tiempo que no todos los agujeros negros son creados de la misma manera. Mientras que se sabe que los agujeros negros de masa estelar se forman a través del colapso de estrellas con al menos ocho veces la masa del sol, los agujeros negros supermasivos deben tener un origen diferente. Esto se debe a que ninguna estrella es lo suficientemente masiva como para colapsar y dejar un remanente de millones de veces la masa del sol.
Por lo tanto, los científicos proponen que los agujeros negros supermasivos nacen y crecen debido a cadenas de fusiones de agujeros negros progresivamente más grandes. Esto ha sido evidenciado por la detección de ondas gravitacionales emanadas de fusiones de agujeros negros. Este proceso de fusiones y crecimiento de agujeros negros, combinado con la vasta brecha de masa entre los agujeros negros de masa estelar y los agujeros negros supermasivos, significa que debería haber una población de agujeros negros de tamaño medio.
Sin embargo, estos agujeros negros de masa intermedia con masas entre unas pocas centenas y unos pocos miles de veces la del sol, en su mayoría, parecen haber evitado la detección. Esto se debe a que, como todos los agujeros negros, estos titanes cósmicos están marcados por fronteras exteriores llamadas horizontes de eventos.
El horizonte de eventos es el punto en el cual la influencia gravitacional de un agujero negro se vuelve tan inmensa que ni siquiera la luz es lo suficientemente rápida como para escapar de ella. Debido a que ninguna luz puede escapar de la inmensa atracción gravitacional de un agujero negro, son virtualmente imposibles de ver sin un poco de ayuda cósmica.
El hallazgo de este agujero negro supermasivo y su estela de estrellas es un recordatorio impresionante de los misterios y maravillas que aún quedan por descubrir en el vasto universo. A medida que la tecnología avanza y nuestros telescopios se vuelven más poderosos, es probable que descubramos aún más fenómenos asombrosos que desafíen nuestra comprensión del cosmos.
