El Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA se han unido para identificar un nuevo posible ejemplo de una clase inusual de agujeros negros. Llamado NGC 6099 HLX-1, esta brillante fuente de rayos X parece residir en un cúmulo estelar compacto en una galaxia elíptica gigante.
Apenas unos años después de su lanzamiento en 1990, el Hubble descubrió que las galaxias de todo el universo pueden contener agujeros negros supermasivos en sus centros, con una masa de millones o miles de millones de veces la de nuestro Sol. Además, las galaxias también contienen hasta millones de pequeños agujeros negros con una masa inferior a 100 veces la del Sol. Estos se forman cuando las estrellas masivas llegan al final de sus vidas.
Mucho más esquivos son los agujeros negros de masa intermedia (IMBH), con una masa que oscila entre unos pocos cientos y unas pocas decenas de miles de millones de veces la de nuestro Sol. Esta categoría de agujeros negros, ni demasiado grandes ni demasiado pequeños, suele ser invisible para nosotros porque los IMBH no absorben tanto gas y estrellas como los supermasivos, que emitirían una potente radiación.
Para encontrarlos, es necesario capturarlos en plena búsqueda de alimento. Cuando ocasionalmente devoran una estrella desfavorecida que se encuentra cerca —en lo que los astrónomos denominan evento de disrupción de marea—, emiten una oleada de radiación.
El IMBH más probable, captado mediante datos de telescopios, se encuentra en las afueras de la galaxia NGC 6099, a aproximadamente 40.000 años luz de su centro, según se describe en un nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal. La galaxia se encuentra a unos 450 millones de años luz de distancia, en la constelación de Hércules.
Los astrónomos detectaron por primera vez una fuente inusual de rayos X en una imagen tomada por Chandra en 2009. Posteriormente, siguieron su evolución con el observatorio espacial XMM-Newton de la ESA.
«Las fuentes de rayos X con una luminosidad tan extrema son poco frecuentes fuera de los núcleos galácticos y pueden servir como una sonda clave para identificar los esquivos IMBH. Representan un eslabón perdido crucial en la evolución de los agujeros negros entre la masa estelar y los agujeros negros supermasivos», afirmó el autor principal, Yi-Chi Chang, de la Universidad Nacional Tsing Hua de Hsinchu (Taiwán).
La emisión de rayos X procedente de NGC 6099 HLX-1 tiene una temperatura de 3 millones de grados, lo que coincide con un evento de disrupción de marea. El Hubble encontró evidencia de un pequeño cúmulo de estrellas alrededor del agujero negro. Este cúmulo le daría al agujero negro mucho de qué alimentarse, ya que las estrellas están tan juntas que se encuentran a tan solo unos meses luz de distancia (unos 800 000 millones de kilómetros).
El supuesto IMBH alcanzó su brillo máximo en 2012 y luego continuó disminuyendo hasta 2023. Las observaciones ópticas y de rayos X durante este período no se superponen, lo que complica la interpretación. El agujero negro podría haber desgarrado una estrella capturada, creando un disco de plasma con variabilidad, o podría haber formado un disco que parpadea a medida que el gas se precipita hacia el agujero negro.
«Si el IMBH está devorando una estrella, ¿cuánto tiempo tarda en absorber su gas? En 2009, HLX-1 era bastante brillante. Luego, en 2012, fue unas 100 veces más brillante. Y luego volvió a disminuir», explicó Roberto Soria, coautor del estudio, del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF). «Por lo tanto, ahora debemos esperar para ver si presenta múltiples destellos, o si tuvo un comienzo, un pico y ahora simplemente disminuirá hasta desaparecer».
El IMBH se encuentra en las afueras de la galaxia anfitriona, NGC 6099, a unos 40.000 años luz del centro galáctico. Presumiblemente, existe un agujero negro supermasivo en el núcleo de la galaxia, que actualmente se encuentra inactivo y no devora ninguna estrella.
El equipo enfatiza que un estudio de los IMBH puede revelar cómo se forman los agujeros negros supermasivos más grandes. Existen dos teorías alternativas. Una sostiene que los IMBH son la semilla para la formación de agujeros negros aún más grandes al fusionarse, ya que las galaxias grandes crecen al absorber galaxias más pequeñas. El agujero negro en el centro de una galaxia también crece durante estas fusiones.
Las observaciones del Hubble revelaron una relación proporcional: cuanto más masiva es la galaxia, más grande es el agujero negro. La perspectiva emergente con este nuevo descubrimiento es que las galaxias podrían tener «IMBH satélites» que orbitan en el halo de una galaxia, pero no siempre caen hacia el centro.
Otra teoría sostiene que las nubes de gas en medio de los halos de materia oscura en el universo primitivo no forman estrellas primero, sino que colapsan directamente en un agujero negro supermasivo. El descubrimiento del Telescopio Espacial James Webb de la NASA de agujeros negros muy distantes con una masa desproporcionadamente mayor que la de su galaxia anfitriona tiende a respaldar esta idea.
Sin embargo, podría existir un sesgo observacional hacia la detección de agujeros negros extremadamente masivos en el universo distante, ya que los de menor tamaño son demasiado tenues para ser vistos. En realidad, podría haber mayor variedad en cómo nuestro universo dinámico construye agujeros negros.
Los agujeros negros supermasivos que colapsan dentro de halos de materia oscura podrían simplemente crecer de forma diferente a los que viven en galaxias enanas, donde la acreción de agujeros negros podría ser el mecanismo de crecimiento predilecto.
«Si tenemos suerte, encontraremos más agujeros negros flotantes que repentinamente adquieren brillo en rayos X debido a un evento de disrupción de marea. Si logramos realizar un estudio estadístico, esto nos dirá cuántos de estos IMBH existen, con qué frecuencia disrupcionan una estrella y cómo las galaxias más grandes han crecido al ensamblar galaxias más pequeñas», afirmó Soria.
El desafío radica en que Chandra y XMM-Newton solo observan una pequeña fracción del cielo, por lo que no suelen encontrar nuevos eventos de disrupción de marea, en los que los agujeros negros consumen estrellas. El Observatorio Vera C. Rubin en Chile, un telescopio de sondeo de todo el cielo de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y el Departamento de Energía, podría detectar estos eventos en luz óptica a cientos de millones de años luz de distancia. Las observaciones de seguimiento con el Hubble y el Webb pueden revelar el cúmulo estelar alrededor del agujero negro.
Con información de The Astrophysical Journal
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