Un esfuerzo por encontrar algunos de los agujeros negros más grandes y activos del universo proporciona una mejor estimación de la proporción de gigantes ocultos y descubiertos.
Recientemente, varios telescopios de la NASA ayudaron a los científicos a buscar en el cielo agujeros negros supermasivos, aquellos que son hasta miles de millones de veces más pesados que el Sol. El nuevo estudio es único porque tenía la misma probabilidad de encontrar agujeros negros masivos que están ocultos detrás de densas nubes de gas y polvo que los que no lo están.
Los astrónomos creen que cada gran galaxia del universo tiene un agujero negro supermasivo en su centro. Pero probar esta hipótesis es difícil porque los investigadores no pueden esperar contar los miles de millones o incluso billones de agujeros negros supermasivos que se cree que existen en el universo. En cambio, tienen que extrapolar a partir de muestras más pequeñas para conocer la población más grande. Por lo tanto, medir con precisión la proporción de agujeros negros supermasivos ocultos en una muestra dada ayuda a los científicos a estimar mejor el número total de agujeros negros supermasivos en el universo.
El nuevo estudio publicado en el Astrophysical Journal descubrió que aproximadamente el 35% de los agujeros negros supermasivos están muy oscurecidos, lo que significa que las nubes de gas y polvo que los rodean son tan espesas que bloquean incluso la luz de rayos X de baja energía. Búsquedas comparables anteriores habían encontrado que menos del 15% de los agujeros negros supermasivos están tan oscurecidos. Los científicos creen que la verdadera división debería estar más cerca del 50/50 basándose en modelos de cómo crecen las galaxias. Si las observaciones continúan indicando que significativamente menos de la mitad de los agujeros negros supermasivos están ocultos, los científicos necesitarán ajustar algunas ideas clave que tienen sobre estos objetos y el papel que juegan en la formación de las galaxias.
Tesoro escondido
Aunque los agujeros negros son inherentemente oscuros (ni siquiera la luz puede escapar de su gravedad), también pueden ser algunos de los objetos más brillantes del universo: cuando el gas es atraído hacia la órbita alrededor de un agujero negro supermasivo, como el agua que rodea un desagüe, la gravedad extrema crea una fricción y un calor tan intensos que el gas alcanza cientos de miles de grados e irradia tan brillantemente que puede eclipsar a todas las estrellas de la galaxia circundante.
Las nubes de gas y polvo que rodean y renuevan el brillante disco central pueden tener la forma aproximada de un toroide o rosquilla. Si el agujero de la rosquilla está orientado hacia la Tierra, el brillante disco central que hay en su interior es visible; si la rosquilla se ve de canto, el disco queda oculto.
La mayoría de los telescopios pueden identificar con bastante facilidad agujeros negros supermasivos de frente, pero no de canto. Pero hay una excepción a esto que los autores del nuevo artículo aprovecharon: el toroide absorbe luz de la fuente central y reemite luz de menor energía en el rango infrarrojo (longitudes de onda ligeramente más largas que las que los ojos humanos pueden detectar). Básicamente, las rosquillas brillan en infrarrojo.
Estas longitudes de onda de luz fueron detectadas por el Satélite Astronómico Infrarrojo de la NASA, o IRAS, que funcionó durante 10 meses en 1983 y fue administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. Un telescopio de sondeo que tomó imágenes de todo el cielo, IRAS pudo ver las emisiones infrarrojas de las nubes que rodean a los agujeros negros supermasivos. Lo más importante es que podía detectar agujeros negros de frente y de canto con la misma precisión.
IRAS captó cientos de objetivos iniciales. Algunos de ellos resultaron no ser agujeros negros muy oscurecidos sino galaxias con altas tasas de formación estelar que emiten un brillo infrarrojo similar. Por ello, los autores del nuevo estudio utilizaron telescopios terrestres de luz visible para identificar esas galaxias y separarlas de los agujeros negros ocultos.
Para confirmar la presencia de agujeros negros muy ocultos y de canto, los investigadores se basaron en el NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA, un observatorio de rayos X también gestionado por el JPL. Los rayos X son irradiados por algunos de los materiales más calientes que rodean el agujero negro. Los rayos X de menor energía son absorbidos por las nubes de gas y polvo circundantes, mientras que los rayos X de mayor energía observados por el NuSTAR pueden penetrar y dispersarse en las nubes. Detectar estos rayos X puede llevar horas de observación, por lo que los científicos que trabajan con el NuSTAR primero necesitan un telescopio como el IRAS que les indique dónde buscar.
“Me sorprende lo útiles que fueron IRAS y NuSTAR para este proyecto, especialmente a pesar de que IRAS estuvo en funcionamiento hace más de 40 años”, dijo el líder del estudio Peter Boorman, astrofísico de Caltech en Pasadena, California. “Creo que muestra el valor heredado de los archivos de telescopios y el beneficio de usar múltiples instrumentos y longitudes de onda de luz juntos”.
Ventaja numérica
Determinar el número de agujeros negros ocultos en comparación con los que no están ocultos puede ayudar a los científicos a entender cómo estos agujeros negros se vuelven tan grandes. Si crecen consumiendo material, entonces un número significativo de agujeros negros deberían estar rodeados de nubes espesas y potencialmente oscurecidos. Boorman y sus coautores dicen que su estudio respalda esta hipótesis.
Además, los agujeros negros influyen en las galaxias en las que viven, principalmente al impactar en la forma en que crecen las galaxias. Esto sucede porque los agujeros negros rodeados de enormes nubes de gas y polvo pueden consumir enormes cantidades de material, pero no infinitas. Si cae demasiado material hacia un agujero negro a la vez, el agujero negro comienza a expulsar el exceso y lo devuelve a la galaxia. Esto puede dispersar las nubes de gas dentro de la galaxia donde se están formando las estrellas, lo que ralentiza la tasa de formación de estrellas allí.
“Si no tuviéramos agujeros negros, las galaxias serían mucho más grandes”, dijo Poshak Gandhi, profesor de astrofísica en la Universidad de Southampton en el Reino Unido y coautor del nuevo estudio. “Por lo tanto, si no tuviéramos un agujero negro supermasivo en nuestra galaxia, la Vía Láctea, podría haber muchas más estrellas en el cielo. Ese es solo un ejemplo de cómo los agujeros negros pueden influir en la evolución de una galaxia”.
Más sobre NuSTAR
NuSTAR, una misión Small Explorer dirigida por Caltech y administrada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia en Washington, fue desarrollada en asociación con la Universidad Técnica Danesa y la Agencia Espacial Italiana (ASI). La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corp. en Dulles, Virginia. El centro de operaciones de la misión NuSTAR se encuentra en la Universidad de California, Berkeley, y el archivo de datos oficial se encuentra en el Centro de Investigación del Archivo Científico de Astrofísica de Altas Energías de la NASA, en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un archivo de datos espejo. Caltech administra el JPL para la NASA.
Para obtener más información en Inglés sobre NuSTAR, visite www.nustar.caltech.edu
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech