Descubren miles de agujeros negros

En un rastreo del cosmos, se han descubierto unos 2.500 agujeros negros activos en galaxias enanas. También destaca el hallazgo de unos 300 agujeros negros de masa intermedia, una clase, la de estos últimos, que ha contado históricamente con muy pocas detecciones por causas que todavía no están claras.

Este rastreo del cosmos se ha realizado mediante el Instrumento Espectroscópico para el estudio de la Energía Oscura (DESI por sus siglas en inglés).

Analizando datos recolectados por este instrumento, un equipo de científicos ha conseguido confeccionar la muestra más grande obtenida hasta ahora de galaxias enanas que albergan un agujero negro en su interior, así como también la colección más extensa de agujeros negros de masa intermedia encontrada hasta la fecha. Este doble logro no solo amplía los conocimientos científicos sobre la población de agujeros negros en el universo, sino que sienta las bases de futuras indagaciones sobre la formación de los primeros agujeros negros en el universo y su papel en la evolución de las galaxias.

Entre las numerosas instituciones que cuentan con científicos participantes en esta iniciativa, figuran el Instituto de Ciencias Espaciales (ICE), el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), estas dos dependientes del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España, el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), el Instituto de Ciencia y Tecnología de Barcelona, la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados, el Instituto de Astrofísica de Canarias, el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas), en España, y la Universidad Nacional Autónoma de México.

El proyecto DESI es una colaboración internacional de más de 900 investigadores de alrededor de 70 instituciones de todas partes del mundo y es administrado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) de Estados Unidos.

DESI es un instrumento de última generación capaz de capturar simultáneamente la luz de 5.000 galaxias. Fue construido y es operado con financiamiento de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de Estados Unidos. DESI está instalado en el Telescopio Nicholas U. Mayall de 4 metros del Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO) de la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) de Estados Unidos. Se trata de un Programa del NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) de la NSF. El programa del DESI se encuentra actualmente en el cuarto de sus cinco años de estudio, y está previsto que haya observado en total unos 40 millones de galaxias y cuásares cuando finalice el proyecto.

Con los datos iniciales del DESI, que incluyen la validación del estudio y el 20% de sus operaciones del primer año, el equipo liderado por la investigadora Ragadeepika Pucha, de la Universidad de Utah en Estados Unidos, pudo obtener un conjunto de datos sin precedentes, que incluyen los espectros de 410.000 galaxias, entre ellas unas 115.000 galaxias enanas, es decir, unas pequeñas galaxias difusas que contienen entre miles y varios miles de millones de estrellas y muy poco gas. Este amplio conjunto permitirá a Pucha y a sus colegas explorar la compleja interacción entre la evolución de los agujeros negros y la de las galaxias enanas.

Esta ilustración muestra una galaxia enana que alberga un núcleo galáctico activo, es decir, un agujero negro que se alimenta activamente. En el fondo se vislumbran varias galaxias enanas que también contienen agujeros negros activos, así como también galaxias de otros tipos que contienen agujeros negros de masa intermedia. (Imagen: NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / M. Zamani. CC BY 4.0)

Aún cuando los astrofísicos están convencidos de que todas las galaxias gigantes, como nuestra Vía Láctea, albergan agujeros negros en sus núcleos, el panorama se vuelve aún más difuso a medida que se avanza hacia la parte de menor masa del espectro. Encontrar agujeros negros es un desafío en sí mismo, pero identificarlos dentro de galaxias enanas es aún más complicado, debido a su tamaño tan pequeño y a la limitada capacidad de los instrumentos que utilizamos actualmente para determinar las regiones cercanas a estos objetos. Sin embargo, un agujero negro que se alimenta activamente es mucho más fácil de detectar.

Cuando un agujero negro en el centro de una galaxia comienza a succionar grandes cantidades de materia de sus inmediaciones, hace que de ese entorno se desprenda una tremenda cantidad de energía, transformándose dicha zona central en lo que se conoce como núcleo galáctico activo. “Esta espectacular actividad nos sirve de faro para poder identificar agujeros negros ocultos en estas pequeñas galaxias.” explicó Pucha.

A partir de su investigación, el equipo identificó una asombrosa cifra de 2.500 galaxias enanas que, según muchos indicios, albergan un núcleo galáctico activo (AGN por sus siglas en inglés), convirtiéndose en la mayor muestra registrada hasta ahora. La proporción significativamente mayor de galaxias enanas que albergan un AGN (2%) en relación con estudios anteriores (alrededor del 0,5%) es un resultado emocionante y sugiere que la comunidad científica ha estado pasando por alto una cantidad considerable de agujeros negros de menor tamaño.

En otro estudio, realizado también con los datos de DESI, el equipo ha identificado 300 candidatos a agujeros negros de masa intermedia, el conjunto más extenso de tales agujeros detectados en un solo estudio hasta la fecha. La mayoría de los agujeros negros son ligeros (menos de 100 veces la masa de nuestro Sol) o supermasivos (más de un millón de veces la masa de nuestro Sol). Los agujeros negros que se encuentran entre estos dos extremos son poco conocidos, pero se cree que son reliquias de los primeros agujeros negros formados en el universo temprano, y las semillas de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las grandes galaxias actuales. Sin embargo, siguen siendo escurridizos y hasta ahora solo se conocían entre 100 a 150 candidatos a agujeros negros de masa intermedia. Gracias a la gran población descubierta mediante el DESI, ahora los científicos cuentan con un potente conjunto de datos para estudiar estos enigmáticos agujeros negros.

“El diseño tecnológico de DESI fue importante para este proyecto, en particular por el pequeño tamaño de su fibra, que nos permitió acercarnos mejor al centro de las galaxias e identificar las sutiles firmas de los agujeros negros activos”, afirma Stephanie Juneau, investigadora del proyecto y astrónoma del NOIRLab. “Con otros espectrógrafos de fibra que tienen fibras más grandes, entra más luz estelar de las afueras de la galaxia, lo cual debilita las firmas que estamos buscando. Esto explica por qué en este trabajo logramos encontrar una mayor proporción de agujeros negros activos en comparación con lo conseguido en estudios anteriores”.

Sería lógico suponer que los agujeros negros de las galaxias enanas pertenecen al régimen de masa intermedia. Pero, curiosamente, solo 70 de los nuevos agujeros negros descubiertos de masa intermedia coinciden con candidatos a AGN enanos. Esto añade más misterio a los hallazgos y plantea interrogantes sobre la formación de los agujeros negros y su evolución dentro de las galaxias.

“Por ejemplo, ¿hay alguna relación entre los mecanismos de la formación de agujeros negros y las clases de galaxias en los que estos habitan? La abundancia de nuevos candidatos nos ayudará a investigar profundamente estos misterios, enriqueciendo nuestro conocimiento sobre los agujeros negros y su papel crucial en la evolución de las galaxias”, indicó Pucha. (Fuente: NOIRLab. CC BY 4.0)