En 1971, los astrónomos ingleses Donald Lynden-Bell y Martin Rees plantearon la hipótesis de que un agujero negro supermasivo (SMBH) reside en el centro de nuestra Vía Láctea. Esto se basó en su trabajo con las radiogalaxias, que mostraron que las cantidades masivas de energía irradiadas por estos objetos se debían a la acumulación de gas y materia en un agujero negro en su centro.
En 1974, la primera evidencia de este SMBH se encontró cuando los astrónomos detectaron una fuente de radio masiva proveniente del centro de nuestra galaxia. Esta región, que llamaron Sagitario A *, es más de 10 millones de veces más grande que nuestro propio Sol. Desde su descubrimiento, los astrónomos han encontrado evidencia de que hay agujeros negros supermasivos en los centros de la mayoría de las galaxias espirales y elípticas en el Universo observable.
Descripción:
Los agujeros negros supermasivos (SMBH) son distintos de los agujeros negros de menor masa en varias formas. Para empezar, dado que SMBH tiene una masa mucho más alta que los agujeros negros más pequeños, también tienen una densidad media más baja. Esto se debe al hecho de que con todos los objetos esféricos, el volumen es directamente proporcional al cubo del radio, mientras que la densidad mínima de un agujero negro es inversamente proporcional al cuadrado de la masa.
Además, las fuerzas de marea en la vecindad del horizonte de eventos son significativamente más débiles para los agujeros negros masivos. Al igual que con la densidad, la fuerza de marea sobre un cuerpo en el horizonte de eventos es inversamente proporcional al cuadrado de la masa. Como tal, un objeto no experimentaría una fuerza de marea significativa hasta que estuviera muy profundo en el agujero negro.
Formación:
La forma en que se forman las SMBH sigue siendo objeto de mucho debate académico. Los astrofísicos creen en gran medida que son el resultado de fusiones de agujeros negros y la acumulación de materia. Pero de dónde provienen las "semillas" (es decir, los progenitores) de estos agujeros negros es donde ocurre el desacuerdo. Actualmente, la hipótesis más obvia es que son los restos de varias estrellas masivas que explotaron, que se formaron por la acumulación de materia en el centro galáctico.
Otra teoría es que antes de que se formaran las primeras estrellas en nuestra galaxia, una gran nube de gas colapsó en una "estrella qausi" que se volvió inestable a las perturbaciones radiales. Luego se convirtió en un agujero negro de aproximadamente 20 masas solares sin la necesidad de una explosión de supernova. Con el tiempo, aumentó rápidamente la masa para convertirse en un agujero negro intermedio y luego supermasivo.
En otro modelo, un grupo estelar denso experimentó un colapso del núcleo como resultado de la dispersión de la velocidad en su núcleo, que sucedió a velocidades relativistas debido a la capacidad de calor negativa. Por último, existe la teoría de que los agujeros negros primordiales pueden haber sido producidos directamente por presión externa inmediatamente después del Big Bang. Estas y otras teorías siguen siendo teóricas por el momento.
Sagitario A *:
Múltiples líneas de evidencia apuntan hacia la existencia de un SMBH en el centro de nuestra galaxia. Si bien no se han realizado observaciones directas de Sagitario A *, su presencia se ha inferido de la influencia que tiene sobre los objetos circundantes. El más notable de ellos es S2, una estrella que fluye en una órbita elíptica alrededor de la fuente de radio Sagitario A *.
S2 tiene un período orbital de 15,2 años y alcanza una distancia mínima de 18 mil millones de km (11.18 mil millones de millas, 120 UA) desde el centro del objeto central. Solo un objeto supermasivo podría explicar esto, ya que no se puede discernir ninguna otra causa. Y a partir de los parámetros orbitales de S2, los astrónomos han podido producir estimaciones sobre el tamaño y la masa del objeto.
Por ejemplo, los movimientos de S2 han llevado a los astrónomos a calcular que el objeto en el centro de su órbita debe tener no menos de 4,1 millones de masas solares (8,2 × 10³³ toneladas métricas; 9,04 × 10³³ toneladas estadounidenses). Además, el radio de este objeto debería ser inferior a 120 UA, de lo contrario S2 colisionaría con él.
Sin embargo, la mejor evidencia hasta la fecha fue proporcionada en 2008 por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y el Grupo del Centro Galáctico de UCLA. Utilizando datos obtenidos durante un período de 16 años por el Very Large Telescope y el Keck Telescope de ESO, pudieron no solo estimar con precisión la distancia al centro de nuestra galaxia (27,000 años luz de la Tierra), sino también rastrear las órbitas de las estrellas allí con inmensa precisión.
Como dijo Reinhard Genzel, líder del equipo del Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre:
“Sin duda, el aspecto más espectacular de nuestro estudio a largo plazo es que ha proporcionado lo que ahora se considera la mejor evidencia empírica de que los agujeros negros supermasivos realmente existen. Las órbitas estelares en el Centro Galáctico muestran que la concentración de masa central de cuatro millones de masas solares debe ser un agujero negro, más allá de cualquier duda razonable ".
Otro indicio de la presencia de Sagitario A * s se produjo el 5 de enero de 2015, cuando la NASA informó de un destello de rayos X récord proveniente del centro de nuestra galaxia. Según las lecturas del Observatorio de rayos X Chandra, informaron emisiones que fueron 400 veces más brillantes de lo habitual. Se pensó que eran el resultado de un asteroide que caía en el agujero negro, o por el enredo de líneas de campo magnético dentro del gas que fluía hacia él.
Otras galaxias:
Los astrónomos también han encontrado evidencia de SMBH en el centro de otras galaxias dentro del Grupo Local y más allá. Estos incluyen la cercana Galaxia de Andrómeda (M31) y la galaxia elíptica M32, y la galaxia espiral distante NGC 4395. Esto se basa en el hecho de que las estrellas y las nubes de gas cerca del centro de estas galaxias muestran un aumento observable en la velocidad.
Otra indicación es el Núcleo Galáctico Activo (AGN), donde se detectan periódicamente ráfagas masivas de radio, microondas, infrarrojo, óptico, ultravioleta (UV), rayos X y rayos gamma provenientes de las regiones de materia fría (gas y polvo). ) en el centro de las galaxias más grandes. Si bien la radiación no proviene de los propios agujeros negros, se cree que la influencia que tendría un objeto tan masivo sobre la materia circundante es la causa.
En resumen, el gas y el polvo forman discos de acreción en el centro de las galaxias que orbitan agujeros negros supermasivos, alimentando gradualmente la materia. La increíble fuerza de gravedad en esta región comprime el material del disco hasta que alcanza millones de grados Kelvin, generando radiación brillante y energía electromagnética. También se forma una corona de material caliente sobre el disco de acreción, y puede dispersar fotones hasta las energías de rayos X.
La interacción entre el campo magnético giratorio SMBH y el disco de acreción también crea potentes chorros magnéticos que disparan material por encima y por debajo del agujero negro a velocidades relativistas (es decir, a una fracción significativa de la velocidad de la luz). Estos chorros pueden extenderse por cientos de miles de años luz y son una segunda fuente potencial de radiación observada.
Cuando la galaxia de Andrómeda se fusione con la nuestra en unos pocos miles de millones de años, el agujero negro supermasivo que está en su centro se fusionará con el nuestro, produciendo uno mucho más masivo y poderoso. Es probable que esta interacción expulse a varias estrellas de nuestra galaxia combinada (que produce estrellas deshonestas), y también es probable que haga que nuestro núcleo galáctico (que actualmente está inactivo) se active nuevamente.
El estudio de los agujeros negros todavía está en su infancia. Y lo que hemos aprendido en las últimas décadas solo ha sido emocionante e inspirador. Ya sean de baja masa o supermasivos, los agujeros negros son una parte integral de nuestro Universo y juegan un papel activo en su evolución.
¿Quién sabe lo que encontraremos a medida que nos adentramos más en el Universo? Tal vez algún día existamos la tecnología, y la audacia pura, para que podamos intentar alcanzar la cima del velo de un horizonte de eventos. ¿Te imaginas que eso suceda?
Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre agujeros negros aquí en la revista Space. Aquí está más allá de cualquier duda razonable: un agujero negro supermasivo vive en el centro de nuestra galaxia, el eco de llamarada de rayos X revela un toro de agujero negro supermasivo, ¿cómo pesas un agujero negro supermasivo? Tome su temperatura y ¿qué sucede cuando colisionan agujeros negros supermasivos?
Astronomy Cast también presenta algunos episodios relevantes sobre el tema. Aquí está el Episodio 18: Agujeros Negros Grandes y Pequeños, y el Episodio 98: Cuásares.
Más para explorar: los episodios de Astronomy Cast, Quasars, y Black Holes Big and Small.
Fuentes:
- Wikipedia - Agujero negro supermasivo
- NASA - Agujeros negros supermasivos
- Universidad de Swinburne: Cosmos - Agujero negro supermasivo
