Enjambre de agujeros negros más pequeños en un disco de gas, como un «juego de billar» en medio del caos

Ilustración de un enjambre de agujeros negros más pequeños en un disco de gas que gira alrededor de un agujero negro gigante. Crédito: Instituto J. Samsing/Niels Bohr

Sabemos que los agujeros negros supermasivos de millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol se encuentra en el centro de casi todas las galaxias. Sin embargo, el conocimiento sobre estos monstruos cósmicos es escaso, particularmente si pensamos en cómo pudieron llegar a adquirir tal cantidad de masa. Se cree que en su mayoría serían el resultado de la fusión con otros agujeros negros supermasivos más pequeños, aunque del mismo modo, la evidencia observacional es escasa.

Hace unos días comentamos una emocionante noticia de la posible detección de un colosal dúo, llamado binario: un agujero negro supermasivo que tiene a su compañero en órbita cercana, órbita que se va reduciendo camino a la fusión. Esto permite a los científicos comprender mejor sobre la evolución de los agujeros negros, tanto supermasivos como estelares.

Ahora, una nueva investigación dice haber aportado una pieza más del rompecabezas, que posiblemente resuelva la última parte de un misterio con el que los astrofísicos han luchado durante los últimos años, ¿cómo y dónde en nuestro Universo se forman y fusionan tales agujeros negros?

Para esta ocasión nos referimos específicamente a los agujeros negros de masa intermedia. ¿Por qué?, el misterio viene desde el año 2019, cuando los observatorios LIGO y Virgo hicieron un descubrimiento inesperado de ondas gravitacionales. Se entiende que el evento llamado GW190521 es la fusión de dos agujeros negros, que eran más pesados ​​de lo que se creía físicamente posible; que oscila entre quizás 100 y 1000 veces la masa de nuestro sol. Un tipo de agujero negro nunca visto y que tampoco se esperaba detectar, por lo que una explicación sobre su formación no fue posible.

«El evento de ondas gravitacionales GW190521 es el descubrimiento más sorprendente hasta la fecha. Las masas y los giros de los agujeros negros ya eran sorprendentes, pero aún lo es más el hecho de que no parezcan tener una órbita circular que conduzca a la fusión», afirma el coautor Imre Bartos, profesor de la Universidad de Florida.

El misterio aún tiene para rato. Pero los astrónomos están considerando que involucraba no solo dos, sino tres agujeros negros en una danza en medio del caos. Ya lo dijimos, es casi seguro encontrar un agujero negro supermasivo en el centro galáctico, rodeado por un disco de gas plano y giratorio. Pues bien, este entorno caótico puede estar favoreciendo la formación de agujeros negros de tamaño intermedio, como el que causó el terremoto cósmico de GW190521.

«En estos entornos, la velocidad y la densidad típicas de los agujeros negros son tan altas que los agujeros negros más pequeños rebotan como en una gigantesca partida de billar y no pueden existir binarios circulares amplios», señala el coautor del artículo, el profesor Bence Kocsis, de la Universidad de Oxford.

Sin embargo, un colosal agujero negro de miles de millones de masas solares no es suficiente. «Nuevos estudios muestran que el disco de gas desempeña un papel importante en la captura de agujeros negros más pequeños, que con el tiempo se acercan al centro y también entre sí. Esto no solo implica que se encuentren y formen parejas, sino también que esa pareja pueda interactuar con otro tercer agujero negro, lo que a menudo da lugar a un tango caótico con tres agujeros negros volando», explica el astrofísico Hiromichi Tagawa, de la Universidad de Tohoku, coautor del estudio.

Curiosamente, como si no fuese lo suficientemente extraño la fuente de las ondas gravitacionales GW190521, es una fusión órbita excéntrica, algo poco común. Los investigadores creían que las fuerzas gravitatorias masivas del choque de los agujeros negros deberían forzar una órbita circular. Se espera que más observaciones de fusiones mejoren nuestro entendimiento sobre ese campo.

Este estudio no es una respuesta final, sino el comienzo. Los hallazgos aparecen en la revista Nature.

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