agujeros negros
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| Estas cuatro galaxias son parte de un gran estudio de más de 100 galaxias realizado por Chandra que buscaba evidencia de agujeros negros en crecimiento. Un nuevo estudio descubrió evidencia de que los agujeros negros de masa estelar en estos entornos densos están destrozando múltiples estrellas y luego usan sus desechos para impulsar su crecimiento. Los resultados de Chandra proporcionan un camino para la creación de "agujeros negros de masa intermedia", una clase que es más grande que la variedad de masa estelar pero más pequeña que los agujeros negros supermasivos. Para cada una de estas galaxias, los datos de Chandra se muestran con imágenes ópticas del telescopio espacial Hubble. Fuente: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI |
En algunas de las partes más pobladas del universo, los agujeros negros pueden estar destrozando miles de estrellas y usando sus restos para acumular peso.
Este descubrimiento, realizado con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA , podría ayudar a resolver preguntas clave sobre una clase esquiva de agujeros negros.
Si bien los astrónomos han descubierto previamente muchos ejemplos de agujeros negros que destrozan estrellas, se ha encontrado poca evidencia de destrucción en una escala tan inmensa. Este tipo de destrucción estelar puede explicar cómo se forman los agujeros negros de tamaño mediano por la rápida expansión de un agujero negro mucho más pequeño .
Los astrónomos han realizado una extensa investigación sobre dos tipos de agujeros negros. Los agujeros negros más pequeños, conocidos como "agujeros negros de masa estelar", suelen pesar entre 5 y 30 veces la masa del Sol. En el otro extremo del espectro se encuentran los agujeros negros supermasivos, que pueden pesar millones o incluso miles de millones de masas solares y se pueden encontrar en el centro de la mayoría de las galaxias grandes.
En los últimos años, también ha habido evidencia de que existe una clase intermedia de agujeros negros conocida como agujeros negros de "masa intermedia".
Cúmulo NGC 1385. Fuente: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI
El estudio más reciente, que utilizó datos de Chandra de densos cúmulos estelares en los centros de 108 galaxias, brinda evidencia de dónde y cómo podrían emerger y expandirse estos agujeros negros de tamaño mediano.
Cuando las estrellas están tan juntas como en estos cúmulos extremadamente densos, proporcionan un caldo de cultivo viable para los agujeros negros de masa intermedia. Y parece que cuanto más denso es el cúmulo de estrellas, más probable es que contenga un agujero negro en crecimiento.
Cúmulo NGC 1566. Fuente: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI
El trabajo teórico del equipo implica que si la densidad de estrellas en un cúmulo, el número empaquetado en un volumen dado, está por encima de un valor umbral, un agujero negro de masa estelar en el centro del cúmulo experimentará un rápido crecimiento a medida que se acerca , tritura e ingiere las estrellas abundantes en las proximidades.
De los cúmulos en el nuevo estudio de Chandra, los que tenían una densidad por encima de este umbral tenían aproximadamente el doble de probabilidades de contener un agujero negro en crecimiento que los que estaban por debajo del umbral de densidad. El umbral de densidad depende también de la rapidez con la que se mueven las estrellas en los cúmulos.
Cúmulo NGC 3344. Fuente: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI
Este es uno de los ejemplos más espectaculares que hemos visto de la naturaleza insaciable de los agujeros negros, porque miles o decenas de miles de estrellas pueden consumirse durante su crecimiento. El crecimiento desbocado solo comienza a desacelerarse una vez que el suministro de estrellas comienza a agotarse.
Otras formas en que los científicos han considerado que podrían formarse agujeros negros masivos en el centro de las galaxias incluyen el colapso de una nube gigantesca de gas y polvo o el colapso de estrellas de gran tamaño directamente en un agujero negro de tamaño mediano. Ambas ideas requieren condiciones que los científicos creen que solo existieron en los primeros cientos de millones de años después del Big Bang.
Cúmulo NGC 6503. Fuente: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI
El proceso sugerido por el último estudio de Chandra puede ocurrir en cualquier momento de la historia del universo, lo que implica que los agujeros negros de masa intermedia pueden formarse miles de millones de años después del Big Bang, hasta el día de hoy.
El crecimiento de agujeros negros en densos cúmulos estelares también podría explicar la detección de ondas gravitacionales por parte del Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser ( LIGO ) de algunos agujeros negros con masas entre 50 y 100 veces la del Sol. Tales agujeros negros no son predichos por la mayoría de los modelos del colapso de estrellas masivas.
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| Cuando una estrella se desvía demasiado cerca de un agujero negro, las intensas mareas la rompen en una corriente de gas. La animación de este artista muestra algunos de estos restos que rodean el agujero negro como un disco de escombros. Fuente: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA |
Fuente: “Massive black hole formation in dense stellar environments: Enhanced X-ray detection rates in high velocity dispersion nuclear star clusters” by Vivienne F. Baldassare, Nicholas C. Stone, Adi Foord, Elena Gallo and Jeremiah P. Ostriker, 14 April 2022, The Astrophysical Journal. DOI: 10.3847/1538-4357/ac5f51 arXiv:2203.02517
