Cerca del centro de la galaxia de la Vía Láctea hay un objeto masivo que los astrónomos llaman Sagitario A*. Este agujero negro «supermasivo» puede haber crecido junto con nuestra galaxia, y no está solo. Los científicos creen que un gigante similar se encuentra en el corazón de casi todas las galaxias grandes del universo.
Algunos de ellos pueden llegar a ser realmente grandes, dijo Joseph Simon, investigador postdoctoral en el Departamento de Astrofísica y Ciencias Planetarias de la Universidad de Colorado Boulder.
«El agujero negro en el centro de nuestra galaxia es millones de veces más masivo que el Sol, pero también vemos otros que creemos que tienen miles de millones de veces la masa del Sol», dijo.
El astrofísico ha dedicado su carrera a estudiar el comportamiento de estos objetos difíciles de observar. En un estudio reciente, utilizó simulaciones por computadora, o «modelos», para predecir las masas de los agujeros negros supermasivos más grandes del universo, un concepto matemático conocido como función de masa del agujero negro.
En otras palabras, Simon trató de determinar qué podrías encontrar si pudieras colocar cada uno de estos agujeros negros uno tras otro en una escala gigantesca.
Sus cálculos sugieren que hace miles de millones de años, los agujeros negros pueden haber sido mucho más grandes en promedio de lo que los científicos sospechaban anteriormente. Los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a resolver un misterio mayor, esclareciendo las fuerzas que dieron forma a objetos como Sagitario A* a medida que crecían desde pequeños agujeros negros hasta los gigantes que son hoy.
«Estamos empezando a ver a partir de una variedad de fuentes diferentes que hubo cosas muy masivas en el universo desde muy temprano», dijo Simon.
Publicó sus hallazgos el 30 de mayo en Cartas de revistas astrofísicas.
Sinfonía Galáctica
Para Simon, estas «cosas muy voluminosas» son su pan y mantequilla.
El astrofísico es parte de un segundo esfuerzo de investigación llamado Observatorio de ondas gravitacionales de nanohercios de América del Norte (NANOGrav). Con el proyecto, Simon y cientos de otros científicos en los Estados Unidos y Canadá han pasado 15 años investigando un fenómeno conocido como «fondo de ondas gravitacionales». El concepto se refiere a la corriente constante de ondas gravitacionales, u ondas gigantes en el espacio y el tiempo, que se propagan por el universo de forma casi constante.
Este impulso cósmico también tiene su origen en los agujeros negros supermasivos. Simon explicó que si dos galaxias chocan entre sí en el espacio, los agujeros negros centrales también podrían chocar e incluso fusionarse. Dan vueltas antes de chocar entre sí como dos platillos en una orquesta, solo que este platillo genera ondas gravitacionales, literalmente deformando la estructura del universo.
Para comprender el trasfondo de las ondas gravitacionales, los científicos primero necesitan saber qué tan masivos son realmente los agujeros negros supermasivos en el universo. Los platillos más grandes crean una explosión más grande y producen muchas más ondas gravitacionales, dijo Simon.
Solo hay un problema.
«Ya tenemos buenas mediciones de las masas de los agujeros negros supermasivos de nuestra galaxia y las galaxias cercanas», dijo. «No tenemos los mismos tipos de medidas para galaxias distantes. Solo tenemos que adivinar».
Los agujeros negros están en aumento
En su nueva investigación, Simon decidió adivinar de una forma completamente nueva.
Primero, recopiló información sobre cientos de miles de galaxias, algunas de miles de millones de años. (La luz solo puede viajar tan rápido, por lo que cuando los humanos observan galaxias distantes, están mirando hacia atrás en el tiempo). Simon utilizó esta información para calcular las masas aproximadas de los agujeros negros de las galaxias más grandes del universo. Luego usó modelos de computadora para simular las ondas gravitacionales de fondo que estas galaxias crearían y que actualmente bañan la Tierra.
Los hallazgos de Simon revelan la gama completa de masas de agujeros negros supermasivos en el universo que datan de hace casi 4 mil millones de años. También notó algo extraño: parecía haber muchas más galaxias grandes dispersas por todo el universo hace miles de millones de años de lo que habían predicho algunos estudios anteriores. No tenía sentido.
«Había una expectativa de que solo verías estos sistemas realmente masivos en el universo cercano», dijo Simon. «Se necesita tiempo para que crezcan los agujeros negros».
Sin embargo, su investigación se suma a un creciente cuerpo de evidencia que sugiere que es posible que no necesiten tanto tiempo como creían los astrofísicos. Por ejemplo, el equipo de NANOGrav vio señales similares de agujeros negros gigantes que acechaban en el universo hace miles de millones de años.
Por ahora, Simon espera explorar la gama completa de agujeros negros que se extienden aún más atrás en el tiempo, revelando pistas sobre cómo surgió la Vía Láctea y, finalmente, nuestro sistema solar.
«Comprender las masas de los agujeros negros es fundamental para algunas de estas preguntas fundamentales, como el trasfondo de las ondas gravitacionales, pero también cómo crecen las galaxias y cómo evolucionó nuestro universo», dijo Simon.
más información:
Joseph Simon, Exploración de proxies de la función de masa de la masa supermasiva de un agujero negro: implicaciones para las matrices de tiempo de Pulsar, Cartas de revistas astrofísicas (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acd18e
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