Astrónomos pesan el agujero negro más masivo de nuestro vecindario

Concepción artística del agujero negro en el corazón de M87. Crédito: Gemini Observatory/AURA ilustración de Lynette Cook

Astrónomos liderados por Karl Gebhardt de la Universidad de Texas en Austin han medido el agujero negro más masivo de nuestra vecindad cósmica, combinando datos de un telescopio gigante en Hawai y uno más pequeño en Texas.

El resultado es una asombrosa masa de 6600 millones de soles para el agujero negro en la galaxia elíptica gigante de M87. Esta enorme masa es la mayor jamás medida para un agujero negro usando una técnica directa. Dado su enorme tamaño, M87 es el mejor candidato para que estudios futuros “vean” un agujero negro por primera vez, en lugar de depender de las pruebas indirectas, como han hecho los astrónomos desde hace décadas.

Los resultados se presentarán en una conferencia de prensa en la 217 reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Seattle. Se publicarán además dos artículos detallando los resultados en la revista The Astrophysical Journal.

Gebhardt, Profesor de Astrofísica Herman y Joan Suit, lideró un equipo de investigadores que usaron el telescopio Géminis Norte de ocho metros en Hawai para estudiar el movimiento de las estrellas alrededor del agujero negro en el centro de la galaxias masiva M87.

El estudiante graduado de la Universidad de Texas en Austin, Jeremy Murphy ha usado el Telescopio Harlan J. Smith del Observatorio McDonald de la universidad en West Texas para estudiar los confines exteriores de la galaxia – el conocido como “halo oscuro”. El halo oscuro es una región que rodea la galaxia y que está repleta de “materia oscura”, un tipo desconocido de masa que no emite luz pero es detectable gracia a sus efectos gravitatorios sobre otros objetos.

Para establecer concluyentemente la masa del agujero negro, comenta Gebhardt, se deben tener en cuenta todos los componentes de la galaxia. Los estudios de las regiones centrales y externas son necesarios para “ver” la influencia del halo oscuro, el agujero negro y las estrellas. Pero cuando se consideran en conjunto todos estos componentes, señala Gebhardt, los resultados sobre el agujero negro son definitivos, encontrándose con lo que llama el “estándar dorado” para pesar con precisión un agujero negro.

Gebhardt usó el Espectrógrafo de Campo de Infrarrojo Cercano en Géminis para medir la velocidad de las estrellas cuando orbitan el agujero negro. El estudio se mejoró usando la “óptica adaptativa” de Géminis, un sistema que compensa, en tiempo real, cambios en la atmósfera que pueden emborronar detalles observados por un telescopio terrestre.

Junto con el gran área de colección del telescopio, el sistema de óptica adaptativa permitió a Gebhardt y el estudiante graduado Joshua Adams rastrear las estrellas en el corazón de M87 con 10 veces mayor resolución que anteriores estudios.

“El resultado fue posible sólo gracias a la combinación de las ventajas del tamaño de los telescopios y la resolución espacial a niveles normalmente restringidos a instalaciones terrestres y espaciales, respectivamente”, dice Adams.

El astrónomo Tod Lauer del Observatorio Nacional de Astronomía öptica (NOAO), que también estuvo implicado en las observaciones de Géminis, dice que “nuestra capacidad para lograr la masa de un agujero negro tan robusto para M87 es un buen presagio para los esfuerzos actuales por lograr agujeros negros aún mayores en galaxias más lejanas que M87″.

El estudiante graduado Jeremy Murphy usó un instrumento distinto para rastrear el movimiento de las estrellas en las afueras de la galaxia. Estudiar el movimiento de las estrellas en estas regiones lejanas, ofrece a los astrónomos una visión de lo que está haciendo la invisible materia oscura del halo. Murphy empleó un innovador instrumento conocido como VIRUS-P en el Telescopio Harlan J. Smith del Observatorio McDonald.

Estudiar los bordes lejanos de una galaxia, lejos del brillante centro, es un tema complicado, comenta Gebhardt.

“Esto ha sido un gran problema durante mucho tiempo, intentar ver qué está haciendo el halo oscuro en el borde de la galaxia, simplemente debido a que, cuando miras allí, la luz estelar es tenue”, dice. “Aquí es donde entran en juego los datos de VIRUS-P, dado que puede observar un gran trozo de cielo a la vez”.

Esto significa que el instrumento puede sumar la débil luz de muchas estrellas tenues para crear una observación detallada. Este tipo de instrumento se conoce como “espectrógrafo de unidad de campo integral”, y VIRUS-P es el más grande del mundo.

“La capacidad de VIRUS-P para excavar en el halo externo de M87 y decirnos cómo se mueven las estrellas es impresionante”, dice Murphy. “Se ha convertido rápidamente en un instrumento puntero para este tipo de trabajo”.

Los datos combinados de Géminis y McDonald han permitido que el equipo fije una masa para el agujero negro de M87 de 6600 millones de soles. Pero medir un agujero negro tan masivo es sólo un paso adelante en un objetivo mayor.

“Mi objetivo final es comprender cómo se ensamblan las estrellas a lo largo del tiempo para formar una galaxia”, dice Gebhardt.

“¿Cómo se crea una galaxia? Estos dos conjuntos de datos estudian ese enorme rango, en términos de cuánta masa hay en la galaxia. Este es el primer paso hacia responder la pregunta. Es muy difícil comprender cómo se acumula la masa a menos que se sepa con exactitud la distribución de la misma: cuánta en el agujero negro, cuánta en las estrellas y cuánta en el halo oscuro”.

Las conclusiones de hoy también apuntan a otra tentadora posibilidad futura: la posibilidad de “ver” realmente un agujero negro.

“Aún no hay una prueba directa de la existencia de los agujeros negros”, dice Gebhardt, “cero, absolutamente ninguna prueba observacional”. Para deducir actualmente un agujero negro, elegimos la opción de “nada mejor”. Esto es debido a que las explicaciones alternativas son descartadas”.

Dice que el agujero negro de M87 es tan masivo que los astrónomos pueden algún día detectar su “horizonte de eventos” – el borde de un agujero negro, más allá del cual nada escapa. El horizonte de eventos del agujero negro de M87 es unas tres veces más grande que la órbita de Plutón – lo bastante para tragarse todo nuestro Sistema Solar.

Aunque aún no existe la tecnología, el horizonte de eventos de M87 cubre una zona del cielo lo bastante grande para ser captada por futuros telescopios. Gebhardt dice que los astrónomos del futuro podrían usar telescopios submilimétricos en una red mundial para buscar la sombra del horizonte de eventos en un disco de gas que rodea el agujero negro de M87.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en la página de la Universidad de Texas.