El telescopio Hubble encuentra los indicios más evidentes de los esquivos agujeros negros de tamaño medio

Esta impresión artística representa una estrella que se está desgarrando por un agujero negro de masa intermedia (IMBH), rodeado por un disco de acreción. Este disco de material delgado y giratorio consiste en las sobras de una estrella que fue destrozada por las fuerzas de marea del agujero negro. Crédito: ESA / Hubble, M. Kornmesser.

Nuevos datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA han producido la evidencia más sólida hasta el momento de la existencia de agujeros negros de tamaño medio en el Universo. Hubble confirma que este agujero negro de "masa intermedia" habita dentro de un denso cúmulo estelar. 

Los agujeros negros de masa intermedia (IMBH) son un "eslabón perdido" buscado desde hace mucho tiempo en la evolución de los agujeros negros. Se han encontrado algunos otros candidatos de IMBH hasta la fecha. Son más pequeños que los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los núcleos de las galaxias grandes, pero más grandes que los agujeros negros de masa estelar formados por el colapso de estrellas masivas. Este nuevo agujero negro tiene más de 50 000 veces la masa de nuestro Sol. 

Los IMBH son difíciles de encontrar. “Los agujeros negros de masa intermedia son objetos muy esquivos, por lo que es fundamental considerar cuidadosamente y descartar explicaciones alternativas para cada candidato. Eso es lo que el Hubble nos ha permitido hacer con nuestro candidato", dijo Dacheng Lin, de la Universidad de New Hampshire, investigador principal del estudio 1. 

Lin y su equipo utilizaron el Hubble para dar seguimiento a las pistas del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y la Misión de múltiples espejos de rayos X de la Agencia Espacial Europea (XMM-Newton), que lleva tres telescopios de rayos X de alto rendimiento y un monitor óptico para hacer exposiciones largas e ininterrumpidas proporcionando observaciones altamente sensibles. 

"Aportar más observaciones de rayos X nos permitió comprender la producción total de energía", dijo Natalie Webb, miembro del equipo de la Universidad de Toulouse en Francia. "Esto nos ayuda a comprender el tipo de estrella que fue interrumpida por el agujero negro". 

En 2006, estos satélites de alta energía detectaron una potente llamarada de rayos X, pero no estaba claro si se originaron dentro o fuera de nuestra galaxia. Los investigadores lo atribuyeron a una estrella que se desgarró después de acercarse demasiado a un objeto compacto gravitacionalmente poderoso, como un agujero negro. 

Sorprendentemente, la fuente de rayos X, llamada 3XMM J215022.4−055108, no estaba ubicada en el centro de una galaxia, donde normalmente residen los agujeros negros masivos. Esto aumentó las esperanzas de que un IMBH fuera el culpable, pero primero tuvo que descartarse otra posible fuente de la llamarada de rayos X: una estrella de neutrones en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, que se enfría después de calentarse a una temperatura muy alta. Las estrellas de neutrones son los restos extremadamente densos de una estrella explotada. 

Hubble apuntó a la fuente de rayos X para resolver su ubicación precisa. Las imágenes profundas de alta resolución confirmaron que los rayos X no emanaron de una fuente aislada en nuestra galaxia, sino de un cúmulo estelar distante y denso en las afueras de otra galaxia, justo el tipo de lugar donde los astrónomos esperaban encontrar evidencia para un IMBH. Investigaciones anteriores del Hubble han demostrado que cuanto más masiva es la galaxia, más masivo es su agujero negro. Por lo tanto, este nuevo resultado sugiere que el cúmulo estelar que alberga a 3XMM J215022.4−055108 puede ser el núcleo despojado de una galaxia enana de masa más baja que ha sido interrumpida gravitacionalmente y por marea debido a sus estrechas interacciones con su galaxia anfitriona actual mucho más grande. 

Los IMBH han sido particularmente difíciles de encontrar porque son más pequeños y menos activos que los agujeros negros supermasivos; no tienen fuentes de combustible fácilmente disponibles, ni tienen un tirón gravitacional que sea lo suficientemente fuerte como para atraer constantemente estrellas y otros materiales cósmicos y producir el brillo revelador de rayos X. Por lo tanto, los astrónomos tienen que atrapar a un IMBH con las manos en la masa en el acto relativamente raro de engullir una estrella. Lin y sus colegas revisaron el archivo de datos XMM-Newton, buscando en cientos de miles de fuentes para encontrar evidencia sólida para este candidato IMBH. Una vez encontrado, el resplandor de rayos X de la estrella triturada permitió a los astrónomos estimar la masa del agujero negro. 

La confirmación de un IMBH abre la puerta a la posibilidad de que muchos más merodean sin ser detectados en la oscuridad, esperando ser regalados de una estrella que pasa demasiado cerca. Lin planea continuar este meticuloso trabajo de detective, utilizando los métodos que su equipo ha demostrado tener éxito. 

"Estudiar el origen y la evolución de los agujeros negros de masa intermedia finalmente dará una respuesta sobre cómo surgieron los agujeros negros supermasivos que encontramos en los centros de galaxias masivas", agregó Webb. 

Los agujeros negros son uno de los entornos más extremos que los humanos conocen, por lo que son un campo de pruebas para las leyes de la física y nuestra comprensión de cómo funciona el Universo. ¿Crece un agujero negro supermasivo de un IMBH? ¿Cómo se forman los propios IMBH? ¿Son los densos cúmulos estelares su hogar favorito? Con una conclusión segura de un misterio, Lin y otros astrónomos del agujero negro descubren que tienen muchas más preguntas interesantes que seguir. 

Notas: 

[1] Los resultados se publicaron en Astrophysical Journal Letters y fueron el resultado del programa HST GO-15441. 

Fuente: ESA/Hubble Information Centre