El origen del 'fantasma de Mirach' deja perplejos a los científicos del agujero negro

 A unos 10 millones de años luz de la Tierra, una galaxia borrosa llamada Mirach's Ghost puede ayudar a desentrañar un oscuro misterio: de dónde provienen los agujeros negros más grandes del universo. Pero esta galaxia fantasmal también ha profundizado el misterio que rodea el nacimiento de estos objetos..

Un agujero negro es una singularidad, una región en el espacio-tiempo donde la materia se ha vuelto demasiado densa para sostenerse y colapsó en un punto sin forma. Los agujeros negros supermasivos (SMBH) son monstruos cósmicos, que a menudo pesan miles de millones de veces la masa de nuestro sol, en comparación con la masa de estrellas pesadas que forman agujeros negros ordinarios. Se sientan en el centro de grandes galaxias, succionan gas y azotan estrellas con sus inmensas gravedades. Hay uno en el centro de la Vía Láctea y uno aún más grande en el centro de la galaxia Virgo A que los astrónomos han fotografiado. Pero todavía no está claro cómo se formaron estos gigantescos objetos.

Los físicos piensan que hay dos posibilidades: tal vez las SMBH sean características antiguas del universo, objetos que colapsaron directamente de la masa caliente que fluye a través del espacio después del Big Bang. O tal vez se formaron como cualquier otro agujero negro del universo: como resultado de las detonaciones de estrellas moribundas. Si la última explicación fuera correcta, las SMBH habrían comenzado pequeñas y habrían acumulado masa adicional en el transcurso de eones al devorar polvo y otras estrellas..

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"El problema es que, en cualquier caso, la mayoría de los agujeros negros han crecido significativamente desde su nacimiento, tragando nubes de gas y polvo que se arremolinan a su alrededor", dijo Timothy Davis, astrofísico de la Universidad de Cardiff en Gales. "Esto los hace más pesados ​​y dificulta la determinación de la masa con la que comenzaron sus vidas".

Así que Davis y sus colegas fueron a buscar las SMBH más pequeñas que pudieron encontrar.

Estos pequeños supermasivos, dijo, "no han tenido la oportunidad de consumir grandes cantidades de material en su pasado, [así que al estudiarlos estamos] acercándonos a revelar cómo debieron verse las SMBH cuando se formaron".

Los investigadores estudiaron el SMBH en el centro de la galaxia "Mirach's Ghost" (llamado así porque desde la Tierra la galaxia parece una aparición cerca de la estrella Mirach), utilizando una nueva técnica para determinar su masa..

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Basándose en datos del Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) en Chile, los investigadores midieron la velocidad del gas monóxido de carbono mientras giraba hacia el SMBH en el centro de la galaxia Fantasma de Mirach..

"Al igual que el agua que rodea un orificio de drenaje, este gas va cada vez más rápido a medida que se acerca al agujero negro", dijo Davis..

Ese remolino es un producto de la masa del agujero negro, por lo que la velocidad del remolino, medida con precisión, puede indicar a los investigadores cuánto pesa el agujero negro. Las imágenes de ALMA, con una resolución de 1,5 años luz (muy detalladas para un objeto tan distante), lo hicieron posible. Este SMBH, descubrieron, tiene una masa menos de 1 millón de veces la de nuestro sol: un bebé según los estándares de SMBH. Según estimaciones de cuánto ha crecido desde su nacimiento, probablemente pesó menos de 500.000 veces la masa de nuestro sol cuando nació, dijo Davis..

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Eso no prueba que ninguna de las historias de origen sea correcta, encontraron los investigadores. Pero inclina un poco la balanza contra el modelo de colapso directo, descartando por completo versiones más extremas de la teoría del colapso directo. Algunas teorías de colapso directo no permiten que se formen SMBH tan pequeñas.

Aún así, el origen de los agujeros negros es un misterio. Un problema: otras observaciones han demostrado que las SMBH muy grandes existían en su forma actual muy poco después del Big Bang, lo que desafía nuestras suposiciones sobre la rapidez con la que pueden crecer los agujeros negros..

"Conocemos dos formas principales de hacer SMBH, y ninguna de ellas puede crear agujeros negros de este tamaño directamente. En cambio, deben haber nacido más pequeños y haber crecido hasta estos tamaños prodigiosos. Esto es realmente complicado de hacer, ya que hay un límite a cuánto puede tragar un agujero negro en el tiempo disponible desde que se creó el universo ", dijo Davis. "Nuestro trabajo refuerza este problema. Hemos demostrado que cualquier mecanismo que produzca las SMBH les permite tener una masa de menos de 500.000 veces la masa de nuestro sol cuando nacen".

Si bien eso inclina la balanza contra la teoría del colapso directo, ninguna teoría ofrece buenas explicaciones de dónde podría haber venido un SMBH tan pequeño. La respuesta final probablemente involucrará algunas modificaciones significativas a uno de los modelos que tienen los físicos en este momento..

Así que ahora los físicos saben un poco más sobre cómo se ven los jóvenes SMBH. Pero todavía no están seguros de dónde vienen. El artículo que describe el agujero negro en el centro del Fantasma de Mirach se publicó hoy (14 de julio) en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society..