En esta ilustración, un agujero negro supermasivo emite una corriente de partículas de alta energía. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Cerca del centro de la Vía Láctea hay un objeto enorme que los astrónomos llaman Sagitario A*. Este agujero negro ‘supermasivo’ puede haber crecido junto a nuestra galaxia y no está solo. Los científicos sospechan que gigantes similares acechan en los corazones de casi todas las galaxias grandes del universo.
Algunos pueden llegar a ser realmente grandes, dijo Joseph Simon, becario postdoctoral en el Departamento de Ciencias Astrofísicas y Planetarias de la Universidad de Colorado Boulder.
“El agujero negro en el centro de nuestra galaxia tiene una masa de millones de veces la del sol, pero también vemos otros que creemos que tienen una masa de miles de millones de veces la del sol”, dijo.
El astrofísico ha dedicado su carrera a estudiar el comportamiento de estos objetos difíciles de observar. En un estudio reciente, utilizó simulaciones por computadora, o “modelos”, para predecir las masas de los agujeros negros supermasivos más grandes del universo, un concepto matemático conocido como función de masa del agujero negro.
En otras palabras, Simon estaba tratando de averiguar qué se podría encontrar si pudiera colocar cada uno de estos agujeros negros uno por uno en una escala enorme.
Sus cálculos sugieren que hace miles de millones de años, los agujeros negros pueden haber sido, en promedio, mucho más grandes de lo que creían los científicos. Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a desentrañar un misterio aún mayor, explicando las fuerzas que dieron forma a objetos como Sagitario A* a medida que crecían desde pequeños agujeros negros hasta los gigantes que son hoy.
“Estamos empezando a ver de muchas fuentes diferentes que ha habido cosas bastante masivas en el universo desde una época bastante temprana”, dijo Simon.
Publicó sus hallazgos el 30 de mayo de este año. Cartas de una revista de astrofísica.
Una sinfonía galáctica
Para Simon, estas “cosas bastante gruesas” son su pan de cada día.
El astrofísico está involucrado en un segundo proyecto de investigación llamado North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav). Como parte del proyecto, Simon y cientos de otros científicos de los Estados Unidos y Canadá pasaron 15 años buscando un fenómeno conocido como “fondo de ondas gravitacionales”. El concepto se refiere al flujo constante de ondas gravitacionales u ondas gigantes a través del tiempo y el espacio que recorren el universo de forma casi constante.
Esta confusión cósmica también debe su origen a los agujeros negros supermasivos. Simon explicó que si dos galaxias chocan en el espacio, sus agujeros negros centrales también podrían chocar e incluso fusionarse. Se orbitan entre sí antes de golpearse como dos platillos en una orquesta; solo que esta colisión de platillos genera ondas gravitacionales, literalmente deformando la estructura del universo.
Sin embargo, para comprender el trasfondo de las ondas gravitacionales, los científicos primero necesitan saber qué tan masivos son realmente los agujeros negros supermasivos del universo. Placas más grandes, dijo Simon, hacen una explosión más grande y producen ondas gravitacionales mucho más grandes.
Solo hay un problema.
“Tenemos muy buenas mediciones de las masas de los agujeros negros supermasivos de nuestra propia galaxia y de las galaxias cercanas”, dijo. “No tenemos las mismas medidas para galaxias distantes. Solo tenemos que adivinar”.
Se forman agujeros negros
En su nueva investigación, Simon decidió adivinar de una manera completamente nueva.
Primero, recopiló información sobre cientos de miles de galaxias que tienen varios miles de millones de años. (La luz solo puede viajar a esa velocidad, por lo que cuando las personas observan galaxias distantes, retroceden en el tiempo). Simon utilizó esta información para calcular las masas aproximadas de los agujeros negros de las galaxias más grandes del universo. Luego usó modelos de computadora para simular el fondo de ondas gravitacionales que estas galaxias podrían formar y que actualmente están bañando la Tierra.
Los resultados de Simon revelan la tabla sueca completa de masas de agujeros negros supermasivos en el universo hace unos 4 mil millones de años. También notó algo extraño: parecía haber muchas más galaxias grandes en el universo hace miles de millones de años de lo que habían predicho algunos estudios anteriores. No tenía mucho sentido.
“Solo esperarías ver estos sistemas realmente masivos en el universo cercano”, dijo Simon. “Los agujeros negros tardan en crecer”.
Pero su investigación se suma al creciente cuerpo de evidencia que sugiere que es posible que no tomen tanto tiempo como alguna vez pensaron los astrofísicos. Por ejemplo, el equipo de NANOGrav vio rastros similares de agujeros negros gigantes escondidos en el universo hace miles de millones de años.
Por ahora, Simon espera explorar la gama completa de agujeros negros que se extienden aún más atrás en el tiempo, revelando pistas sobre la formación de la Vía Láctea y, en última instancia, de nuestro sistema solar.
“Comprender las masas de los agujeros negros es fundamental para algunas de estas preguntas fundamentales, como el trasfondo de las ondas gravitacionales, pero también cómo crecen las galaxias y cómo ha evolucionado nuestro universo”, dijo Simon.
Proporcionado por la Universidad de Colorado en Boulder