Los agujeros negros de masa intermedia son notoriamente difíciles de encontrar, pero un nuevo estudio indica que puede haber algunos en el centro de cúmulos estelares densos ubicados en todo el universo.
El estudio, publicado hoy en Astrophysical Journal, arroja nueva luz sobre cuándo y dónde podrían formarse agujeros negros de entre 100 y 100 000 masas solares y cómo surgieron.
“Una de las mayores preguntas abiertas en la astrofísica de agujeros negros en este momento es cómo se forman los agujeros negros que tienen un tamaño entre un agujero negro de masa estelar y un agujero negro supermasivo”, dijo Vivienne Baldassare, autora principal del estudio y profesora asistente. de física y astronomía en la Universidad Estatal de Washington. “La mayoría de las teorías para su formación se basan en condiciones que se encuentran solo en el universo muy primitivo. Queríamos probar otra teoría que dice que pueden formarse a lo largo del tiempo cósmico en estos cúmulos estelares realmente densos”.
Durante décadas, los astrónomos han detectado agujeros negros más pequeños con una masa equivalente a unos pocos soles o agujeros negros gigantes con una masa similar a millones de soles, pero el eslabón perdido de los agujeros negros entre esos tamaños ha eludido el descubrimiento.
Durante mucho tiempo se ha teorizado sobre la existencia de estos agujeros negros masivos o de tamaño intermedio, pero ha resultado difícil encontrarlos, ya que la luz emitida por los objetos que caen en ellos no es fácil de detectar.
Para abordar este desafío, el equipo de investigación utilizó el Observatorio de Rayos X Chandra, el telescopio de rayos X más poderoso del mundo, para buscar firmas de rayos X de agujeros negros en cúmulos de estrellas nucleares en 108 galaxias diferentes.
“Chandra es básicamente el único instrumento en el mundo que puede hacer este tipo de trabajo”, dijo Baldassare. “Es capaz de identificar las ubicaciones de las fuentes de rayos X con mucha precisión, lo cual es importante cuando se buscan firmas de agujeros negros en estos cúmulos de estrellas nucleares muy compactos”.
Los cúmulos de estrellas nucleares se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias pequeñas o de baja masa y son los entornos estelares más densos conocidos. Investigaciones anteriores han identificado la presencia de agujeros negros en cúmulos de estrellas nucleares, pero se sabe poco sobre las propiedades específicas que hacen que estas regiones sean propicias para la formación de agujeros negros.
El análisis de Baldassare y sus colegas mostró que los cúmulos de estrellas nucleares que estaban por encima de un cierto umbral de masa y densidad emitían las firmas de rayos X indicativas de un agujero negro al doble de la velocidad de los que estaban por debajo del umbral. Su trabajo proporciona la primera evidencia observacional que respalda la teoría de que los agujeros negros de tamaño intermedio pueden formarse en cúmulos de estrellas nucleares.
“Básicamente, significa que los cúmulos de estrellas que son lo suficientemente masivos y compactos deberían poder formar un agujero negro”, dijo Baldassare. “Es emocionante porque esperamos que muchos de estos agujeros negros estén en el régimen de masa intermedio entre los agujeros negros supermasivos y los agujeros negros de masa estelar donde hay muy poca evidencia de su existencia”.
El trabajo del equipo de investigación no solo sugiere que los agujeros negros de tamaño intermedio pueden formarse en cúmulos de estrellas nucleares, sino que también proporciona un mecanismo por el cual podrían formarse potencialmente a lo largo del tiempo cósmico en lugar de solo durante los primeros miles de millones de años del universo.
“Una de las teorías que prevalecen es que los agujeros negros masivos solo podrían haberse formado durante el universo primitivo cuando las cosas eran más densas”, dijo Baldassare. “Nuestra investigación es más consistente con la imagen en la que no es necesario que se formen agujeros negros masivos en el universo muy temprano, sino que podrían continuar formándose a lo largo del tiempo cósmico en estos entornos particulares”.
₡En el futuro, los investigadores planean continuar usando Chandra para recopilar mediciones de rayos X de cúmulos de estrellas nucleares con el objetivo final de aprender más sobre las condiciones específicas en las que se pueden formar agujeros negros masivos.
