Un par de agujeros negros pesan 10 000 millones de soles, los más masivos hasta ahora

Estrellas alrededor de un agujero negro © by Lynette Cook

Artículo publicado el 5 de diciembre de 2011 en la web de la Universidad de Texas

Un equipo de astrónomos que incluye a Karl Gebhardt y el estudiante de postgrado Jeremy Murphy de la Universidad de Texas en Austin han descubierto los agujeros negros más masivos hasta la fecha – dos monstruos que pesan hasta 10 000 millones de soles cada uno y amenazan con consumirlo todo, hasta la luz, en una región de cinco veces el tamaño de nuestro Sistema Solar.

La investigación se publica en el ejemplar del 8 de diciembre de la revista Nature en un artículo encabezado por el estudiante graduado Nicholas McConnell y el profesor Chung-Pei Ma de la Universidad de California en Berkeley.

El equipo midió la masa de los agujeros negros combinando observaciones de estrellas de movimiento rápido en sus corazones, realizadas con los telescopios gigantes Gemini y Keck en Hawái, junto a observaciones de la difusa región exterior (conocida como ‘halo oscuro’) usando el Espectrógrafo George y Cynthia Mitchell en el Telescopio de 2,7 metros Harlan J. Smith en el Observatorio McDonald de la Universidad de Texas en Austin.

Gebhardt y Murphy han estado liderando un proyecto para aprovechar el potente Espectrógrafo Mitchell y estudiar estas galaxias. A principios de este año, anunciaron el antiguo agujero negro poseedor del récord de masa en la galaxia M87, con 6,7 millones de veces la masa de nuestro Sol.

“Siguen haciéndose más grandes”, dice Gebhardt. “El agujero negro que medimos en M87 ahora se ve empequeñecido en un factor de uno o dos por estos dos. Es muy emocionante, dado que nos dice algo fundamental sobre cómo se forman las galaxias”.

Unir las observaciones de Gemini y Keck de las partes más pequeñas e internas de estas galaxias, con las observaciones de McDonald de las regiones más grandes y exteriores para deducir las masas de los agujeros negros centrales, fue un gran desafío.

“Requerimos de simulaciones por ordenador que pudiesen acomodar una cambios tan grandes en la escala”, dice Gebhardt. “Ésto sólo puede hacerse usando un supercomputador”. El equipo usó los supercomputadores del Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC) de la Universidad de Texas en Austin.

Los agujeros negros en cuestión están en los centros de dos galaxias a más de 300 millones de años luz de la Tierra, y pueden ser los oscuros remanentes de algunas de las galaxias más brillantes, conocidas como quásares, que poblaron los inicios del universo.

“En los inicios del universo había una gran cantidad de quásares, o núcleos galácticos activos, y se espera que algunos estuviesen alimentados por agujeros negros de hasta 10 000 millones de masas solares, o más. Pero, ¿y si fuesen así de masivos en su juventud, donde están actualmente?”, dice Ma. “Estos dos nuevos agujeros negros supermasivos son similares en masa a los jóvenes quásares, y pueden ser un eslabón perdido entre los quásares y los agujeros negros supermasivos que vemos actualmente”.

Los agujeros negros son densas concentraciones de materia que producen campos gravitatorios tan fuertes, que ni siquiera la luz puede escapar. Aunque las estrellas en explosión, conocidas como supernovas, pueden dejar tras de sí agujeros negros de la masa de una estrella, los agujeros negros supermasivos, presumiblemente, han crecido a partir de la fusión de otros agujeros negros, o capturando un enorme número de estrellas y gas en cantidades masivas.

“Estos agujeros negros pueden arrojar luz sobre cómo los agujeros negros y las galaxias que los rodean se han cuidado entre sí desde los inicios del universo”, dice McConnell.

Uno de los agujeros negros recientemente descubierto tiene 9700 millones de masas solares y está en la galaxia elíptica NGC 3842, que es la galaxia más brillante del cúmulo de galaxias de Leo que se sitúa a 320 millones de años luz de distancia en la dirección de la constelación de Leo. El segundo es tan grande o mayor, y se sitúa en la galaxia elíptica NGC 4889, que es la galaxia más brillante del cúmulo Coma, aproximadamente a 336 millones de años luz de la Tierra en la dirección de la constelación Coma Berenices.

De acuerdo con McConnell, estos agujeros negros tienen un horizonte de sucesos – el borde “definitivo” a partir del cual ni siquiera la luz puede escapar – de 200 veces la órbita de la Tierra, o cinco veces la órbita de Plutón. Más allá del horizonte de sucesos, cada agujero negro tiene una influencia gravitatoria que se extendería a lo largo de una esfera de 4000 años luz de diámetro.

“En comparación, estos agujeros negros son 2500 veces más masivos que el agujero negro del centro de la Vía Láctea, cuyo horizonte de sucesos es de un quinto de la órbita de Mercurio”, dice McConnell.

Estos agujeros negros de 10 000 millones de masas solares han permanecido ocultos hasta ahora probablemente debido a que viven en un tranquilo retiro, dice Ma. Durante sus días como quásares activos, hace 10 000 millones de años, limpiaron su vecindad absorbiendo vastas cantidades de gas y polvo. El gas superviviente se convirtió en estrellas que, desde entonces, han estado orbitándolos pacíficamente. De acuerdo con Ma, estos monstruosos agujeros negros y sus igualmente monstruosas galaxias contienen, probablemente, un billón de estrellas situadas en la oscuridad, en el centro de cúmulos de galaxias.

Los astrónomos creen que muchas, si no todas, las galaxias tienen un agujero negro masivo en el centro, con las galaxias mayores alojando agujeros negros más grandes. Los agujeros negros más grandes se encuentran en galaxias elípticas, que se cree que son el resultado de la fusión de dos galaxias espirales. Ma encontró, sin embargo, que las fusiones de las propias galaxias elípticas podrían producir las galaxias elípticas de mayor tamaño, y unos agujeros negros supermasivos que se aproximasen a 10 000 millones de masas solares. Estos agujeros negros pueden crecer aún más consumiendo el gas restante tras una fusión.

“Las fusiones múltiples son una forma de crear estos colosos”, comenta.

“Para un astrónomo, encontrar estos insaciables agujeros negros es como encontrar gente de 3 metros de altura, cuya gran altura sólo se hubiese deducido a partir de huesos fosilizados. ¿Cómo se hicieron tan grandes?, dice Ma. “Este raro hallazgo nos ayudará a comprender si estos agujeros negros tenían padres muy altos o comían muchas espinacas”.

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