Los científicos de Carolina encontraron agujeros negros escondidos a plena vista
Los agujeros negros recién descubiertos en las galaxias enanas arrojan luz sobre el origen del agujero
negro supermasivo de nuestra galaxia .
Un equipo de investigadores dirigido por astrónomos del Departamento de Física y Astronomía de UNC-Chapel Hill ha encontrado un tesoro escondido previamente ignorado de agujeros negros masivos en galaxias enanas. Los agujeros negros recién descubiertos ofrecen un vistazo a la historia de vida del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea .
Ocultos a plena vista
Como una galaxia espiral gigante , se cree que la Vía Láctea se formó a partir de fusiones de muchas galaxias enanas más pequeñas. Por ejemplo, las Nubes de Magallanes que se ven en el cielo del sur son galaxias enanas que se fusionarán con la Vía Láctea. Cada enana que cae puede traer consigo un agujero negro masivo central, decenas o cientos de miles de veces la masa de nuestro sol, potencialmente destinado a ser tragado por el agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea .
Pero se desconoce con qué frecuencia las galaxias enanas contienen un agujero negro masivo , lo que deja un vacío clave en nuestra comprensión de cómo los agujeros negros y las galaxias crecen juntos. Una nueva investigación publicada en Astrophysical Journal el 24 de mayo de 2022 ayuda a llenar este vacío al revelar que los agujeros negros masivos son mucho más comunes en las galaxias enanas de lo que se pensaba anteriormente.
«Este resultado realmente me dejó boquiabierto porque estos agujeros negros se escondían previamente a simple vista»
Mugdha Polimera, autora principal del estudio y Ph.D. estudiante en el Departamento de Física y Astronomía.
Envío de mensajes mixtos
Los agujeros negros generalmente se detectan cuando están creciendo activamente al consumir gas y polvo de estrellas que se arremolinan a su alrededor, lo que los hace brillar intensamente.
Profesora Sheila Kannappan, Ph.D. de Polimera. asesor del Departamento de Física y Astronomía y coautor del estudio, comparó los agujeros negros con las luciérnagas. «Al igual que las luciérnagas, vemos agujeros negros solo cuando están iluminados, cuando están creciendo, y los iluminados nos dan una pista de cuántos no podemos ver».
El problema es que, mientras que los agujeros negros en crecimiento brillan con una distintiva radiación de alta energía, las jóvenes estrellas recién nacidas también pueden hacerlo. Tradicionalmente, los astrónomos han diferenciado los agujeros negros en crecimiento de la formación de nuevas estrellas mediante pruebas de diagnóstico que se basan en características detalladas de la luz visible de cada galaxia cuando se distribuyen en un espectro como un arco iris.
El camino hacia el descubrimiento comenzó cuando los estudiantes universitarios que trabajaban con Kannappan intentaron aplicar estas pruebas tradicionales a los datos de exploración de galaxias. El equipo se dio cuenta de que algunas de las galaxias estaban enviando mensajes mixtos: dos pruebas indicarían agujeros negros en crecimiento, pero una tercera indicaría solo formación estelar.
“El trabajo anterior acababa de rechazar casos ambiguos como estos del análisis estadístico, pero tuve el presentimiento de que podrían ser agujeros negros no descubiertos en galaxias enanas”, dijo Kannappan. Ella sospechaba que la tercera prueba, a veces contradictoria, era más sensible que las otras dos a las propiedades típicas de las enanas: su composición elemental simple (principalmente hidrógeno primordial y helio del Big Bang ) y su alta tasa de formación de nuevas estrellas.
El coautor del estudio, Chris Richardson, profesor asociado de la Universidad de Elon, confirmó con simulaciones teóricas que los resultados de la prueba de mensajes mixtos coincidían exactamente con lo que la teoría prediría para una galaxia enana de composición primordial y altamente formadora de estrellas que contiene un agujero negro masivo en crecimiento. “El hecho de que mis simulaciones se alinearan con lo que encontró el grupo de Kannappan me entusiasmó para explorar las implicaciones de cómo evolucionan las galaxias”, dijo Richardson.
Un censo de agujeros negros en crecimiento
Polimera asumió el desafío de construir un nuevo censo de agujeros negros en crecimiento, con atención tanto a los tipos de mensajes tradicionales como mixtos. Obtuvo mediciones publicadas de características espectrales de luz visible para detectar agujeros negros en miles de galaxias encontradas en dos estudios dirigidos por Kannappan, RESOLVE y ECO . Estos sondeos incluyen datos ultravioleta y de radio ideales para estudiar la formación de estrellas, y tienen un diseño inusual: mientras que la mayoría de los sondeos astronómicos seleccionan muestras que favorecen a las galaxias grandes y brillantes, RESOLVE y ECO son inventarios completos de grandes volúmenes del universo actual, en qué galaxias enanas son abundantes.
“Era importante para mí que no sesgaramos nuestra búsqueda de agujeros negros hacia las galaxias enanas”, dijo Polimera. “Pero al observar todo el censo, descubrí que el nuevo tipo de agujeros negros en crecimiento casi siempre aparecía en las enanas. Me sorprendieron los números cuando los vi por primera vez”.
Más del 80 por ciento de todos los agujeros negros en crecimiento que encontró en las galaxias enanas pertenecían al nuevo tipo.
El resultado me pareció demasiado bueno. “Todos nos pusimos nerviosos”, dijo Polimera. «La primera pregunta que me vino a la mente fue: ¿Nos hemos perdido una forma en que la formación estelar extrema por sí sola podría explicar estas galaxias?» Lideró una búsqueda exhaustiva de explicaciones alternativas relacionadas con la formación estelar, las incertidumbres del modelado o la astrofísica exótica. Al final, el equipo se vio obligado a concluir que los agujeros negros recién identificados eran reales.
“Todavía nos estamos pellizcando”, dijo Kannappan. “Estamos emocionados de buscar un millón de ideas de seguimiento. Los agujeros negros que hemos encontrado son los componentes básicos de los agujeros negros supermasivos como el de nuestra propia Vía Láctea. Hay tanto que queremos aprender sobre ellos”.
