Agujero negro de tamaño mediano finalmente ‘visto’ por astrónomos

A medida que los astrónomos continúan haciendo un balance de los agujeros negros del universo, es cada vez más obvio que les falta algo importante. Los callejones sin salida cósmicos vienen en dos tamaños, pequeños e increíblemente grandes, con un espacio deslumbrante en el medio.

Los investigadores hacen un recuento de los agujeros negros de “masa estelar” pipsqueak, que pesan docenas de veces la masa de nuestro sol, principalmente a través de las ondas del espacio-tiempo enviadas cuando los pares chocan. Estos agujeros negros son las lápidas familiares que quedan después de que las estrellas mueren y explotan como supernovas.

Y los astrónomos no pueden pasar por alto los agujeros negros “supermasivos” en el otro extremo de la escala. Estos monstruos anclan galaxias enteras, acumulando millones en miles de millones de la masa de soles en un área del tamaño de nuestro sistema solar. También disparan inconfundibles chorros de energía que se encuentran entre los focos más brillantes del cosmos.

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Un tercer grupo debe tapar el agujero, creen muchos investigadores: los llamados agujeros negros de “masa intermedia” que pesan en el rango de miles a cientos de miles de masas solares. Si bien son lo suficientemente voluminosos como para fusionarse y formar agujeros negros supermasivos, estos brutos hinchados serían casi indetectables. Sus fusiones no hacen vibrar los observatorios de ondas gravitacionales actuales y no producen chorros en llamas. Los astrónomos han notado pistas en extraños destellos de rayos X

, pero nada concluyente.

Ahora, un trío de investigadores australianos puede haber encontrado una manera de finalmente manejar estos fantasmas cósmicos. Si tienen razón, los astrónomos, sin saberlo, han tenido la evidencia crucial durante décadas. Al buscar en un antiguo catálogo de la NASA de destellos energéticos de la década de 1990, el equipo encontró una señal intrigante, un extraño destello doble de rayos gamma que sugiere que los agujeros negros intermedios no solo son reales, sino comunes.

“Los datos han estado ahí durante bastante tiempo”, dijo Rachel Webster

, director de astrofísica de la Universidad de Melbourne y coautor de la investigación.

Viendo doble

Webster ha estado pensando en este método de ver lo invisible durante 30 años. En aquel entonces, el gran misterio de la astronomía eran las explosiones de rayos gamma, explosiones increíblemente poderosas de luz de alta energía. Nadie sabía qué los estaba causando, pero las ráfagas parecían provenir de todas las direcciones. Si fueran balizas de todo el universo, Webster y un colega razonado en 1992, tal vez los astrónomos podrían usarlos para sondear la oscuridad intermedia.

La idea es buscar reincidentes. Los estallidos de rayos gamma, que los astrónomos ahora saben que provienen de explosiones estelares cataclísmicas y colisiones de estrellas de neutrones, son eventos desordenados. No hay dos exactamente iguales. Pero si alguna gota de materia —como, digamos, un agujero negro de masa intermedia— interfiriera con los rayos mientras atravesaban el universo, podría jugar una broma cósmica. Su atracción gravitacional podría hacer que algunos rayos se desvíen. Esta luz podría llegar tarde a la Tierra y los astrónomos verían dos destellos idénticos.

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Cuando el estudiante de posgrado de Webster, James Paynter, escribió un software para examinar una base de datos de 2.700 ráfagas de rayos gamma recopiladas por el Observatorio de Rayos Gamma Compton de la NASA en la década de 1990, un par de ráfagas saltó. Hace más de 20 años, el satélite vio un destello. Unos segundos más tarde, vio el mismo estallido de nuevo. El retraso de 2,7 segundos implicaba que algunos de los rayos gamma se habían topado con un obstáculo: una masa invisible que pesaba 55.000 soles.

Paynter llevó a su candidato a Webster, pero ella no quería hacerse ilusiones. Ella le aconsejó que hiciera una prueba de estrés con la señal. “Le dije: ‘No se emocione demasiado. Necesitamos un obstáculo más alto ‘”, recordó.

Paynter pasó meses aprendiendo e implementando una técnica estadística avanzada recientemente popularizada en astronomía por detectores de ondas gravitacionales, donde los investigadores tienen que distinguir cuidadosamente entre señales de apariencia similar. Utilizando este análisis “bayesiano”, Paynter calculó el 99,4 por ciento de probabilidades de que las ráfagas provengan del mismo evento. “Al final”, dijo Webster, “estaba muy convencido”.

Un agujero negro de masa intermedia no es la única explicación. Otros objetos oscuros y masivos también podrían haber retrasado los rayos gamma, como un cúmulo de estrellas o un parche de materia oscura. Pero estos cúmulos de estrellas son raros y las nubes ondulantes de materia oscura tienden a doblar la luz de manera diferente. Entonces, el equipo cree que un agujero negro de masa intermedia es el culpable más probable. Publicaron sus resultados el lunes en Astronomía de la naturaleza.

Uno de una multitud

El equipo de investigación, que incluye al astrofísico de la Universidad de Monash Eric Thrane, extrajo toda la información posible del evento. Otros rumores de agujeros negros de masa intermedia han aumentado la confianza en la existencia de los legendarios objetos, pero la identificación de estallidos de rayos gamma dobles es la primera forma de estudiar a todo el grupo.

“El poder real de nuestro descubrimiento no es solo que podemos proporcionar una estimación de la masa”, dijo Webster, “sino que también podemos estimar su densidad espacial”.

El hecho de que el equipo haya visto un solo destello doble en un lote de miles es revelador. Los agujeros negros intermedios (u objetos oscuros de tamaño similar) no son ni un centavo la docena, o Paynter habría encontrado un montón. Tampoco son extremadamente raros, porque no tuvo que buscar a través de un millón estallidos. La tasa de uno en unos pocos miles sugiere que un cubo de tres millones de años luz de diámetro debería contener más de 2.000 agujeros negros intermedios. Y nuestra propia Vía Láctea, calculan los investigadores, podría albergar aproximadamente 45.000 estupendo agujeros negros.

Si tienen razón, esta detección podría ser solo la punta de un iceberg oscuro. A continuación, Webster planea “revisar” otros inventarios que contienen miles de estallidos de rayos gamma no analizados, que deberían ser más que suficientes para encontrar otro par de destellos en la oscuridad.

“Eso realmente le pondría un clavo”, dice Webster. “Siempre se puede pensar en formas de salir de uno. Es más difícil pensar en formas de salir de dos “.

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