Un agujero negro de masa media es el eslabón perdido entre los agujeros negros del tamaño de una estrella y los gigantes supermasivos.
En el centro de casi todas las grandes galaxias hay un agujero negro supermasivo. Estos titanes, miles de millones de veces la masa del Sol, influyen en la evolución de las galaxias en cuyo corazón se encuentran.
Sin embargo, los astrónomos no pueden entender cómo alcanzaron proporciones tan enormes. Algunos de ellos parecen haberse formado solo 600 millones de años después del Big Bang.cuando el universo tenía solo el 4% de su edad actual. Desde el punto de vista de cómo entendemos el proceso de crecimiento de los agujeros negros, esto parece imposible. “Simplemente no habría tiempo suficiente para crear un agujero negro tan masivo tan pronto”, dice Lukasz Wyrzykowski, astrónomo de la Universidad de Varsovia. “Es decir, sin algo de lo que puedan crecer”, aclara.
Se cree que estas "semillas" son agujeros negros de masa media: agujeros negros gigantes, el eslabón perdido entre los agujeros negros de masa estelar formados por la muerte de estrellas y los agujeros negros supermasivos. Los agujeros negros de masa media deberían pesar entre 100 y 100.000 masas solares y, según los científicos, representan una etapa crítica en el crecimiento de los monstruos en los centros de las galaxias.
El principal problema es que son difíciles de detectar. "Los agujeros negros no emiten nada", dijo Daniel Holtz , astrofísico de la Universidad de Chicago, "por lo que son muy difíciles de encontrar".
Los astrónomos ya han identificado varios candidatos potenciales para el título de "agujero negro de masa media". El año pasado, con el telescopio espacial Hubble, descubrieron un agujero negro de 50.000 masas solares que envolvía una estrella ; otro candidato 20.000 veces más pesado que el Sol, el HLX-1 parece estar haciendo lo mismo .
Los investigadores afirman que gracias al nuevo método, encontraron un agujero negro con un peso de hasta 55.000 solares. Recientemente se publicó un artículo sobre este descubrimiento en la revista Nature Astronomy , también presenta una estrategia de búsqueda que ayudará a encontrar muchos más agujeros negros similares en el futuro.
El estudio fue dirigido por James Painter , estudiante de doctorado en la Universidad de Melbourne. En 2018, la asesora científica y coautora de Painter, Rachel Webster, le pidió que analizara aproximadamente 2.700 estallidos de rayos gamma (estallidos brillantes de energía que se cree que son el resultado de fusiones de estrellas de neutrones o supernovas gigantes) recopilados por el Observatorio de rayos Gamma Compton de la NASA. (Observatorio Inglés Compton de Rayos Gamma, CGRO) entre 1991 y 2000.
Estaba buscando pares de GRB casi idénticos, siguiendo uno tras otro con un breve descanso. Un doble destello puede indicar que la explosión de rayos gamma está siendo "reflejada" por un objeto entre él y nosotros. Un objeto tan masivo, que dobla la luz del estallido en su camino hacia la Tierra, podría ser un agujero negro de masa promedio.
En todo el conjunto de datos de 2700 GRB, el software automatizado de Painter aisló solo un caso. En 1995, el Observatorio Compton registró un estallido de un supuesto estallido de rayos gamma que ocurrió cuando el universo tenía unos 3.000 millones de años. Medio segundo después, se registró una ráfaga casi idéntica.
El equipo concluyó que existe un agujero negro de masa media entre la Tierra y el GRB. El estallido de rayos gamma no se ubicó exactamente en el centro del agujero negro, por lo que su luz viajó a lo largo de dos caminos diferentes, uno de los cuales era un poco más largo. "La lente afecta la trayectoria de dos fotones que viajan a lo largo de los 'bordes' opuestos del agujero negro", explica el coautor Eric Train , astrofísico de la Universidad de Monash. "Es por eso que vemos un destello antes que otro".
Agujero negro como lente: un agujero negro de masa media podría deformar el aprendizaje de un estallido distante de rayos gamma. La luz que viaja por dos caminos llegará a la Tierra en diferentes momentos, por lo que se verá como dos destellos.
Pero esta explicación no convenció a todos. Según Natalie Webb, astrofísico del Instituto de Investigación de Astrofísica y Planetología de Francia, una de las dificultades es que no sabemos cuántos agujeros negros de masa media hay en el universo. ¿Qué suerte deberíamos tener de tener un agujero así exactamente entre nuestro planeta y el GRB? "Según los cálculos de algunas personas, hay una gran cantidad de agujeros de este tipo, 1000 por galaxia, en cuyo caso podría suceder algo como esto", dice Webb. "Si se encontraran con menos frecuencia, entonces sí, sería menos probable".
Otro problema es que no sabemos lo suficiente sobre los GRB en sí mismos; quizás los destellos aparecen dos veces de forma natural, en lugar de como resultado de la aplicación de lentes. “Son todos tan diferentes y extraños”, dice Holtz. "La pregunta principal aquí es: ¿podría ser simplemente un doble GRB?" La formación de lentes también podría haber sido causada por un cúmulo de estrellas globulares (un gran cúmulo de estrellas viejas con una forma esférica simétrica), pero el equipo cree que esto es poco probable, ya que los cúmulos globulares son 100 veces menos comunes que los agujeros negros de masa intermedia. "Las posibilidades de que el clúster esté en el lugar correcto son escasas", dice Train.
Estos brotes en particular se descubrieron hace más de dos décadas, por lo que lo más probable es que nunca lo sepamos con certeza. Una perspectiva más interesante es que el método descrito, que busca agujeros negros de masa media que actúen como lentes, nos ayudará a hacer aún más descubrimientos en el futuro.
“Revelar poblaciones de agujeros negros de masa intermedia usando lentes es divertido”, dice Holtz. Vyrzhikovsky utilizó datos del telescopio GAIA para buscar agujeros negros de masa media que desvían la luz de las estrellas, no explosiones de rayos gamma, pero todavía no tiene nada de qué presumir.
Los agujeros negros de masa media no solo podrían explicar el crecimiento de los agujeros negros supermasivos, sino también proporcionar evidencia de otro misterio del cosmos: materia oscura . La materia oscura, que los científicos creen que constituye el 85% de la masa del universo, puede haber sido en sí misma el ingrediente más importante para impulsar el crecimiento de los agujeros negros de masa intermedia. "Es muy difícil crear un agujero negro de este tipo a partir de materia ordinaria", dice Vyrzhikovsky. "Se requieren muchas estrellas para fusionarse, y no hubo suficiente tiempo en el universo [temprano] para eso".
Se espera que los nuevos telescopios ayuden en la búsqueda de los escurridizos agujeros negros de masa media. Según Painter, el potencial de los datos del Observatorio Compton de hace una década ya se ha agotado, pero se pueden analizar alrededor de 7.000 explosiones de rayos gamma más de otros telescopios. Además, el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA continúa detectándolos en la actualidad. "Es hora de analizar otros conjuntos de datos en busca de nuevos casos de lentes", dijo Painter.
Muchos esperan que el misterio de los misteriosos agujeros negros de masa intermedia, y con él el crecimiento de los agujeros negros supermasivos, se resuelva pronto, sin importar el método. "Todos creen que lo son", dice Train. - Definitivamente tienen que existir en algún lugar del Universo. Solo necesitas encontrar exactamente dónde ".