Las misteriosas ¡®gargant¨²as¡¯ que controlan nuestras galaxias

El a?o pasado los astr¨®nomos pudieron al fin desvelar las primeras im¨¢genes del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de nuestra galaxia, la V¨ªa L¨¢ctea. No obstante, el agujero negro en s¨ª no pod¨ªa verse, al menos, no directamente: es tan denso que su atracci¨®n gravitatoria impide que escape incluso la luz.

Pero la imagen de Sagitario A, como se conoce al agujero negro de nuestra galaxia, revel¨® un halo de gas brillante alrededor del objeto; un objeto cuya masa sabemos que es un mill¨®n de veces mayor que la del Sol. Descubrimientos recientes como este, al igual que muchos otros, han asombrado a los astr¨®nomos. ¡°Durante los ¨²ltimos a?os, todo lo que pens¨¢bamos que sab¨ªamos sobre los agujeros negros se ha vuelto un interrogante¡±, dice Michela Mapelli, astrof¨ªsica y profesora de la Universidad de Padua en Italia.

Todo el mundo ha o¨ªdo hablar de los agujeros negros, pero poca gente es consciente de lo mucho que estos extra?os objetos siguen irritando a los astr¨®nomos. El a?o pasado se dio a conocer a los astr¨®nomos un agujero negro al destruir y engullir una estrella que vagaba demasiado cerca. Otro ha sido descrito como el agujero negro de mayor crecimiento jam¨¢s observado, ya que devora la masa equivalente de la Tierra cada segundo y es ya, por tanto, 3.000 millones de veces m¨¢s masivo que nuestro Sol.

Pececitos c¨®smicos

Mapelli estudia los agujeros negros estelares, los cuales se forman cuando una estrella grande y de combusti¨®n r¨¢pida implosiona. Comparados con los supermasivos, estos agujeros negros son pececitos c¨®smicos. Los astr¨®nomos esperaban que tales agujeros negros tuvieran entre cinco y diez veces la masa del Sol, pero lo cierto es que presentan un rango de tama?os mucho m¨¢s amplio. En los ¨²ltimos a?os, se han descubierto varios de hasta cien masas solares y uno peque?o, de tan solo 2,6.

¡°Hemos descubierto caracter¨ªsticas y rangos de masa de agujeros negros que no pod¨ªamos imaginar antes de las observaciones recientes¡±, apunta Mapelli. Le intrigan especialmente los sistemas binarios de agujeros negros, en los que dos agujeros negros orbitan uno alrededor del otro. Este fen¨®meno puede ocurrir cuando dos estrellas que se orbitan entre s¨ª acaban su vida como agujeros negros.

De nuevo, podr¨ªa haber muchas otras maneras de formar agujeros negros binarios, algo que Mapelli estudia en su proyecto DEMOBLACK, financiado por el Consejo Europeo de Investigaci¨®n. ¡°Hace siete a?os, la mayor¨ªa de gente se mostraba esc¨¦ptica sobre la existencia de los agujeros negros binarios¡±, afirma: ¡°Ni siquiera los te¨®ricos estaban convencidos de su existencia¡±.

Ahora, dijo Mapelli, se han descubierto casi cien. Expulsan ondas gravitatorias, perturbaciones en el espacio-tiempo que pueden captarse con sofisticados detectores en el Observatorio por Interferometr¨ªa L¨¢ser de Ondas Gravitacionales (LIGO) de Estados Unidos y en el interfer¨®metro Virgo, en Italia.

Seg¨²n Mapelli, la mayor¨ªa de los astrof¨ªsicos dudaban de que dos agujeros negros pudieran intimar tanto como para fusionarse, pero entonces las ondas gravitatorias empezaron a enviar se?ales de colisi¨®n entre agujeros negros. En 2019 ocurri¨® un acontecimiento peculiar de fusi¨®n entre agujeros negros de sesenta y ochenta masas solares.

Se desconoce si se hab¨ªan formado directamente a partir de estrellas, ya que la asunci¨®n de que los agujeros negros nacidos de estrellas son de entre cinco y diez masas solares ha perdido todo fundamento. ¡°Si la masa m¨¢xima de un agujero negro estelar es de solo sesenta masas solares o si puede ascender a noventa, o incluso a trescientas, es un enorme interrogante¡±, explica Mapelli. ¡°Me siento culpable por esta gran incertidumbre, ya que he contribuido personalmente a provocar esta situaci¨®n¡±.

Monstruos gal¨¢cticos

Las mayores bestias se encuentran en el centro de casi todas las galaxias. Casi todas est¨¢n activas y contienen en su interior gas caliente que absorbe la gravedad. La masa de algunos de estos agujeros negros es de hasta 10.000 millones de veces la del Sol.

¡°He aqu¨ª unos monstruos de verdad¡±, afirma el profesor Christopher Reynolds de la Universidad de Cambridge (Reino Unido): ¡°Su influencia en una galaxia puede extenderse hasta cien, incluso doscientos, a?os-luz¡±. Las estrellas y galaxias sienten el tir¨®n gravitatorio de estos agujeros negros incluso a estas distancias astron¨®micas, pero las explosiones de energ¨ªa que generan al consumir materia pueden percibirse incluso m¨¢s lejos, a 100.000 a?os luz o m¨¢s.

En el marco del proyecto DISKtoHALO, financiado con fondos de la UE, Reynolds investiga c¨®mo estos agujeros negros supermasivos crecen, absorben gas caliente y generan explosiones de energ¨ªa que es despedida hacia el exterior. ¡°Sabemos que estos agujeros negros producen chorros de energ¨ªa que env¨ªan descargas hacia el exterior¡±, detalla.

Algo que los astrof¨ªsicos todav¨ªa no han podido dilucidar es por qu¨¦ el gas del n¨²cleo de algunas galaxias est¨¢ tan caliente ¡ªa entre 10 y 100 millones de grados cent¨ªgrados¡ª, aunque los sistemas tengan miles de millones de a?os y hayan tenido, por tanto, tiempo de sobra para enfriarse. La manera en la que los agujeros negros interact¨²an con su entorno y con partes distantes de sus galaxias es un rompecabezas extremadamente complejo. Los modelos inform¨¢ticos son de poca ayuda porque se requieren conocimientos a escalas relativamente peque?as y, al tiempo, a escalas gigantescas medidas en a?os luz.

¡°Estamos hablando de algo del tama?o de una pelota de tenis que regula algo del tama?o de la Tierra¡±, compara Reynolds. Una manera de estudiar estos agujeros negros supermasivos que se hallan en el centro de las agrupaciones gal¨¢cticas es examinar los gases calientes de su proximidad. Es imposible ver estos gases a trav¨¦s de un telescopio, pero su energ¨ªa puede observarse con los rayos X que emiten, dada su alta temperatura.

Sigue siendo una inc¨®gnita por qu¨¦ el gas caliente no se enfr¨ªa y forma estrellas. ¡°Se necesita una fuente de calor para emitir energ¨ªa en medio de la agrupaci¨®n, y la ¨²nica lo bastante potente son los agujeros negros¡±, reflexiona Reynolds. Todav¨ªa es un misterio para ¨¦l y sus colegas c¨®mo funciona exactamente esta fuente de calor. Sin embargo, est¨¢ claro que los agujeros negros supermasivos no llevan una vida tranquila. Reynolds lo describe: ¡°Estos agujeros negros ni siquiera son esf¨¦ricos; giran sobre s¨ª mismos formando un disco lleno de inestabilidad¡±.

A pesar de los nuevos hallazgos sobre estas extra?as criaturas gal¨¢cticas, la verdadera naturaleza de los agujeros negros sigue siendo una inc¨®gnita. Las suposiciones con las que se trabajaba en el pasado han quedado en tela de juicio. Si algo est¨¢ claro es que los agujeros negros seguir¨¢n intrigando a las mentes m¨¢s brillantes de la astronom¨ªa.

La investigaci¨®n a la que hace referencia este art¨ªculo ha sido financiada a trav¨¦s del Consejo Europeo de Investigaci¨®n de la UE y el art¨ªculo se public¨® originalmente en Horizon, la revista de Investigaci¨®n e Innovaci¨®n de la Uni¨®n Europea.

Puedes seguir a MATERIA en Facebook, Twitter e Instagram, o apuntarte aqu¨ª para recibir nuestra newsletter semanal.