Detectan el “eslabón perdido” de los agujeros negros en la galaxia Andrómeda

 

Un tesoro raro que podría arrojar luz sobre la evolución de los agujeros negros acaba de ser encontrado en el gran vecino galáctico más cercano de la Vía Láctea.

En un cúmulo de estrellas de la galaxia de Andrómeda, también conocido como M31, los astrónomos han estudiado los cambios en la luz para identificar un agujero negro que registra casi 100.000 veces la masa del Sol. Eso coloca a la bestia de lleno en el régimen de "masa intermedia", tanto esquiva como muy buscada por los astrónomos por las preguntas que pueden responder.

"En este artículo", escribió un equipo internacional de astrónomos dirigido por Renuka Pechetti de la Universidad John Moores de Liverpool en el Reino Unido, "usamos modelos de masa de alta resolución y cinemática para presentar la detección de una masa intermedia de ~ 100,000 masas solares negras. agujero (IMBH) con un significado superior a 3 sigma ".

Su trabajo ha sido publicado en el servidor de preimpresión arXiv y aceptado para su publicación por la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS).

Los agujeros negros son bestias muy engañosas. A menos que estén acumulando materia de forma activa, un proceso que genera una radiación increíblemente brillante, no emiten luz que podamos detectar. Esto hace que encontrarlos sea una cuestión de trabajo de detective, mirando lo que está sucediendo en su espacio circundante.

Una de esas pistas sobre la presencia de un agujero negro son las órbitas de los objetos a su alrededor.

La mayoría de los agujeros negros que hemos detectado, utilizando una variedad de métodos, caen en dos rangos de masa. Están los agujeros negros de masa estelar, hasta alrededor de 100 veces la masa del Sol; y agujeros negros supermasivos, que comienzan en un rango bajo de alrededor de un millón de veces la masa del Sol (y pueden volverse increíblemente gruesos desde allí).

En el medio hay un rango clasificado como intermedio, y decir que las detecciones de estos agujeros negros son raras es quedarse corto.

Hasta la fecha, el número de detecciones de IMBH sigue siendo increíblemente bajo. Esto es algo irritante; sin agujeros negros de masa intermedia, los científicos luchan por resolver cómo pueden coexistir dos regímenes de masas tremendamente diferentes.

Una población sólida de agujeros negros en el rango de masa intermedio podría ayudarnos a cerrar la brecha, ofreciendo un mecanismo por el cual los agujeros negros de masa estelar pueden convertirse en gigantes.

Esto nos lleva a Andrómeda; específicamente, un cúmulo globular de estrellas dentro de Andrómeda llamado B023-G078.

B023-G078 es el cúmulo de estrellas más masivo de este tipo en la galaxia, un cúmulo de estrellas aproximadamente esférico unido gravitacionalmente con una velocidad de 6,2 millones de masas solares.

Una forma en que estos cúmulos pueden formarse, según los modelos, es cuando una galaxia subsume a otra. Este es un fenómeno muy común; la Vía Láctea lo ha hecho varias veces, al igual que Andrómeda. Los cúmulos globulares podrían ser lo que queda de los núcleos galácticos de galaxias más pequeñas que quedan subsumidas por otras más grandes, con agujeros negros y todo.

Esto es lo que Pechetti y sus colegas piensan que es la historia de origen de B023-G078. Estudiaron el contenido metálico del cúmulo, basándose en firmas sutiles en la luz que emite, y determinaron que tiene una edad de unos 10.500 millones de años, con una metalicidad similar a la de otros núcleos galácticos despojados de la Vía Láctea.

Luego, estudiaron la forma en que las estrellas se mueven alrededor del centro del cúmulo para tratar de calcular la masa del agujero negro que debería estar allí. Esto arrojó un resultado de alrededor de 91.000 masas solares, que constituye alrededor del 1,5 por ciento de la masa del cúmulo.

Esto sugiere que la galaxia madre de B023-G078 era una galaxia enana, con alrededor de mil millones de masas solares. La masa de la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana que orbita la Vía Láctea, se ha calculado en 188 mil millones de masas solares, y se estima que Andrómeda tiene alrededor de 1,5 billones de masas solares.

Es posible que algo más explique las observaciones, pero ninguna de las alternativas exploradas por el equipo se ajusta a los datos tan bien como a un agujero negro de masa intermedia.

"Favorecemos la presencia de un solo IMBH dadas las otras indicaciones de que B023-G78 es un núcleo despojado, así como la aparente compacidad del componente oscuro", escribieron en su artículo.

"Los datos de mayor resolución espacial darían mejores restricciones a la naturaleza de la masa oscura central y deberían ser una alta prioridad en la próxima era de telescopios extremadamente grandes".

El documento del equipo está disponible en arXiv y será publicado por la AAS.

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Referencia : https://arxiv.org/abs/2111.08720

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