Los científicos esperan descubrir cómo surgieron agujeros negros supermasivos con masas millones o miles de millones de veces mayores que el sol, y se encontraron con agujeros negros que «vagan» por galaxias enanas en el proceso.

La ciencia de la formación de los agujeros negros está oscurecida por miles de millones de años de crecimiento impulsado por las «fusiones» (es decir, la colisión de dos galaxias para formar una más grande). Los agujeros negros «semilla» que puedan existir en el Universo están demasiado lejos para ofrecer muchas pistas sobre la formación de agujeros negros.

Por eso, para entender mejor cómo se han originado, un equipo de astrónomos ha identificado 13 galaxias enanas en un radio de mil millones de años luz de la Tierra que, según ellos, albergan «casi con toda seguridad» un agujero negro.

Sus hallazgos se han presentado ahora en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Honolulu, Hawái, (del 4 al 8 de enero de 2020) después de haber sido publicados en preimpresión el año pasado. El artículo está a la espera de una revisión por pares.

«Este trabajo nos ha enseñado que debemos ampliar nuestras búsquedas de agujeros negros masivos en galaxias enanas más allá de sus centros para obtener una comprensión más completa de la población y aprender qué mecanismos ayudaron a formar los primeros agujeros negros masivos en el Universo temprano», dijo en un comunicado la coautora Amy Reines, profesora asistente de la Universidad Estatal de Montana.

Black hole
La primera imagen de un agujero negro, captada el 10 de abril de 2019 por el telescopio Event Horizon. Los científicos han encontrado agujeros negros «errantes» en galaxias enanas.

Con masas aproximadamente 100 veces más pequeñas que la Vía Láctea, se cree que las galaxias enanas son algunas de las más pequeñas del Universo que albergan agujeros negros.

Los propios agujeros negros han sido estimados con cautela para tener masas de unas 400.000 veces el tamaño del sol. Para ponerlo en perspectiva, se cree que el agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia contiene la masa de unos 4,6 millones de soles.

Se identificaron más de cien galaxias enanas a partir del Atlas Sloan de la NASA (un catálogo de galaxias) y se observaron utilizando imágenes de alta resolución del Karl G. Jansky Very Large Array (VLA). A continuación, Reine y sus colegas redujeron la lista a las 13 que, según ellos, presentaban las mayores evidencias de albergar agujeros negros masivos que consumían activamente el material que las rodeaba.

Dwarf Galaxy
Ilustración de una galaxia enana con su forma distorsionada, muy probablemente por una interacción pasada con otra galaxia, y un enorme agujero negro en su periferia.En aproximadamente la mitad de las galaxias estudiadas, el agujero negro no estaba en el centro en un núcleo bien definido. Muchas estaban muy alejadas del centro. Este posicionamiento es muy poco habitual en galaxias grandes como la Vía Láctea, pero más común en las galaxias enanas. De hecho, según los autores del estudio, hasta la mitad de los agujeros negros masivos de las galaxias enanas se consideran «errantes» y se sitúan en las afueras de la galaxia.

Esto podría sugerir que las galaxias se han fusionado con otra en algún momento, desajustando el agujero negro.

«Esperamos que su estudio y el de sus galaxias nos permita comprender cómo se formaron agujeros negros similares en el Universo primitivo y cómo crecieron, a través de fusiones galácticas durante miles de millones de años, produciendo los agujeros negros supermasivos que vemos hoy en día en las galaxias más grandes, con masas de muchos millones o miles de millones de veces la del sol», dijo Reines.

El artículo aún está pendiente de pasar por el proceso de revisión por pares, que es el proceso de selección de los estudios científicos.

El consenso actual entre los astrónomos es que todas las galaxias iguales o mayores que la Vía Láctea contienen un agujero negro supermasivo en su centro. Estos tienen millones, si no miles de millones, de la masa del sol.

Pero también hay innumerables agujeros negros estelares, de apenas 10 a 24 veces la masa del sol

. Según la NASA, puede haber entre diez millones y mil millones de ellos sólo en la Vía Láctea.

También parece haber agujeros negros de tamaño intermedio, que se sitúan en un punto intermedio.

Muchas cosas sobre la formación de los agujeros negros -incluyendo por qué pueden existir en tamaños tan diferentes- siguen siendo un misterio.

«Actualmente, la situación más probable es que se formara un agujero negro semilla ‘pequeño’, aunque no está claro con qué método, que luego creció desde miles o cientos de miles de veces la masa de nuestro sol hasta los mil millones o más de veces que son hoy», dijo a Newsweek Gregory Brown, astrónomo del Real Observatorio de Greenwich, que no participó en el último estudio. «Determinar cómo se formaron las semillas iniciales es una de las mayores tareas en el campo actual».

La tecnología actual no es lo suficientemente avanzada como para permitir a los astrónomos observar cómo se formaron los agujeros negros en el universo primitivo. Investigaciones como ésta utilizan galaxias enanas cercanas y sus agujeros negros como «proxies», dijo Brown. «Desde luego, tiene mucho sentido. Al estar cerca, son más fáciles de estudiar, lo suficientemente fáciles para los telescopios actuales».

Además, se cree que los agujeros negros de estas galaxias están menos evolucionados que los de las grandes galaxias cercanas.

«Sin embargo, esta investigación muestra un problema inmediato. De las galaxias que estudian, aproximadamente la mitad tienen agujeros negros no centrales y muchas son irregulares, lo que indica fusiones o interacciones. Las galaxias pueden colisionar ocasionalmente en el espacio, como lo hará nuestra propia Vía Láctea con la galaxia de Andrómeda dentro de unos pocos miles de millones de años», dijo Brown. «Este es uno de los principales métodos de crecimiento de las galaxias, pero también puede hacer que sus agujeros negros se fusionen.

«La pregunta entonces es: ¿son los agujeros negros de las galaxias enanas realmente representativos de las semillas de agujeros negros prístinos? Esta investigación muestra muy claramente que, aunque la idea es prometedora, debemos ser capaces de dar cuenta de aquellas galaxias enanas que no son tan vírgenes como nos gustaría para este análisis.»

«En el universo local observamos una amplia gama de tipos de galaxias diferentes, por ejemplo, espirales de gran diseño o elípticas rojas lisas. Una de las mayores preguntas pendientes en astronomía es por qué las galaxias acaban teniendo las propiedades que tienen.

Se cree que los agujeros negros supermasivos que residen en el centro de todas las galaxias masivas desempeñan un papel clave en la determinación del aspecto que acaban teniendo las galaxias, al bombear mucha energía en el gas del interior de las galaxias y expulsarlo o impedir que se formen más estrellas nuevas», dijo a Newsweek Vivienne Wild, astrofísica de la Universidad de St. Andrews (Escocia), que no participó en el estudio.

«Lo emocionante de este resultado es que una fracción muy alta de los agujeros negros que el equipo ha encontrado en estas pequeñas galaxias no están realmente en los centros de las galaxias».

«Estos agujeros negros descentrados pueden tener un impacto mucho mayor en sus galaxias anfitrionas que los agujeros negros centrales».

Sin embargo, la muestra está sesgada hacia las galaxias, que son brillantes en las longitudes de onda de radio, añadió. «Los próximos pasos son obtener la confirmación de que la emisión de radio se debe efectivamente a los agujeros negros… y también estudiar una muestra más completa de galaxias para ver cuán comunes son realmente estos agujeros negros errantes».

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