cuál es el agujero negro más grande

Espacio Publicado por Andy Briggs y 12 de mayo de 2022 El grupo Event Horizon Telescope anunció el 12 de mayo de 2022 que capturó la primera imagen de Sagitario A*, el agujero negro en el corazón de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Aquí vemos la imagen (recuadro). Imagen vía Chandra.

El Event Horizon Telescope, el mismo grupo que, en 2019, obtuvo la primera imagen de un agujero negro supermasivo en la galaxia M87, dice que hará un anuncio innovador el jueves 12 de mayo de 2022. La conferencia de prensa será se llevará a cabo en la sede de ESO en Garching, Alemania, a partir de las 15 CEST (13 UTC, o 8 am CDT). La conferencia de prensa se centra en Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. ¿Podría ser la primera imagen del agujero negro supermasivo de nuestra galaxia? La conferencia de prensa completa se transmitirá en el canal de YouTube de ESO. Mientras espera, ¡aquí hay algunos antecedentes sobre los agujeros negros supermasivos!

Un agujero negro supermasivo para la mayoría de las galaxias

Los astrónomos modernos creen que la mayoría de las galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea, tienen agujeros negros supermasivos en el centro.

Se llaman supermasivos porque contienen millones o miles de millones de veces la masa de nuestro sol.

Por lo tanto, su masa supera con creces la de los llamados agujeros negros de masa estelar (unas pocas veces la masa de nuestro sol hasta quizás 150 veces la masa de nuestra estrella). Más allá de eso, hay una población de los llamados agujeros negros de masa intermedia, también conocidos como agujeros negros de Ricitos de Oro, cuya existencia se ha confirmado recientemente y cuyo límite de masa superior aún no se ha determinado.

El agujero negro supermasivo más ligero descubierto hasta ahora, en la galaxia enana RGG 118, a unos 340 millones de años luz de distancia, tiene una masa de solo 50.000 veces la de nuestro sol.

En el otro extremo de la escala hay un verdadero monstruo: el agujero negro en el centro del cuásar TON 618. Posee 66 mil millones de masas solares , la más masiva descubierta hasta ahora.

Entre esos dos extremos, la masa de un agujero negro supermasivo suele ser millones de veces la de nuestro sol. El que está en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, por ejemplo, posee 4,6 millones de masas solares .

Concepto artístico de un par de agujeros negros supermasivos en el corazón de una galaxia en el universo primitivo. La gravedad de un agujero negro (a la derecha) distorsiona la luz del agujero negro compañero y sus chorros. Los astrónomos creen que prácticamente todas las galaxias tienen agujeros negros supermasivos en el centro. Imagen vía Caltech/ R. Hurt (IPAC).

¿Como sabemos?

Pero como los agujeros negros son negros, ¿cómo sabemos que están ahí? ¿Qué delata su presencia en el centro de una galaxia? Después de todo, los agujeros negros no emiten luz visible: desde la distancia son invisibles. Aunque los agujeros negros en sí mismos no emiten luz visible y, por lo tanto, son invisibles en los telescopios ópticos, pueden emitir grandes cantidades de luz fuera del espectro visible, más comúnmente radiación de radio, rayos X y gamma.

Esta radiación electromagnética no se origina en el propio agujero negro, sino en el material que lo rodea. Muchos agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias están incrustados en remolinos de gas y polvo conocidos como discos de acreción. A medida que las partículas en estos discos, aceleradas por la gravedad del agujero negro para girar a su alrededor a un porcentaje significativo de la velocidad de la luz, chocan repetidamente entre sí, se calientan y eventualmente alcanzan temperaturas de millones de grados. En consecuencia, generan enormes cantidades de rayos X.

Los astrónomos que usan telescopios de rayos X, como el observatorio orbital Chandra de la NASA, pueden ver estas emisiones a grandes distancias.

Pero no todos los agujeros negros supermasivos están rodeados de discos de acreción. Algunos son lo que se conoce como inactivos : pueden o no haber poseído discos de acreción en el pasado. ¿Por qué están callados? Es porque todo el gas y el polvo al alcance de su gravedad han sido tragados. Por lo tanto, no hay radiación que delate su presencia. Algunos pueden emitir destellos breves periódicamente cuando una nube de polvo o gas perdido se desvía demasiado cerca, se calienta y emite rayos X antes de ser consumido por el agujero negro. ¡Incluso se ha observado que los agujeros negros brillan intensamente mientras consumen estrellas enteras!

El agujero negro supermasivo de la Vía Láctea

Nuestro propio agujero negro supermasivo local en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, llamado Sagitario A*, y a menudo abreviado simplemente como Sag A* , es un agujero negro supermasivo inactivo a unos 26.000 años luz de distancia. Se enciende de forma irregular a lo largo de una gama de bandas de ondas, desde la radio hasta la gamma, pero sobre todo en el infrarrojo cercano. El mecanismo responsable de generar estas erupciones aún no se comprende. Puede representar el consumo de polvo y gas del agujero negro, o algo más de lo que no sabemos nada.

Debido a que el centro de nuestra galaxia está relativamente cerca, en contraste con las galaxias distantes, los astrónomos pueden observar las estrellas allí. En particular, pueden ver cómo se mueven las estrellas ya qué velocidades. En el centro de la Vía Láctea, alrededor de un centenar de estrellas orbitan Sag A*, sujetas a su esclavitud gravitacional. Desde 1995, los astrónomos han trazado minuciosamente los movimientos de una docena de estrellas que están más cerca del agujero negro y han animado sus caminos a partir de los datos. Está claro que orbitan algún objeto invisible. A partir de sus trayectorias y velocidades, los astrónomos pueden calcular la masa del objeto que orbitan y han llegado a una cifra de 4,6 millones de veces la masa de nuestro sol.

Entonces sabemos que en el corazón de nuestra galaxia hay un objeto invisible supermasivo que está acelerando estrellas cercanas a velocidades increíbles. ¡La estrella que orbita más cerca de Sag A*, designada S2, acelera a 11 millones de millas por hora en su aproximación más cercana! Su órbita lo lleva a 120 veces la distancia Tierra-Sol del agujero negro; su año, o el tiempo que tarda en dar una vuelta a Sagitario A*, es de 15 años terrestres.

Estos estudios de nuestro centro galáctico han demostrado más allá de toda duda razonable que la Vía Láctea tiene su propio monstruo en la oscuridad en su centro. Todas las observaciones de las estrellas que orbitan alrededor de Sag A* han confirmado las predicciones de la teoría de la relatividad de Einstein en lo que respecta a los objetos que orbitan agujeros negros. En 2020, Andrea Ghez y Reinhard Genzel recibieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento de Sag A* y su minucioso mapeo del centro galáctico durante décadas.

Como la masa de los agujeros negros supermasivos varía ampliamente, también lo hacen sus tamaños. Se cree que Sag A* tiene un diámetro de aproximadamente 14 millones de millas. ¡TON 618, con 66 mil millones de masas solares, se ha calculado que tiene 262 mil millones de millas de ancho! ¡Eso es más de cuarenta y tres veces el diámetro de todo nuestro sistema solar!

Ilustración artística de un nuevo tipo de agujero negro, conocido como agujero negro intermedio o agujero negro Ricitos de Oro. Imagen a través de la NASA

¿De dónde vienen?

Pero, ¿de dónde vienen los agujeros negros supermasivos y cómo pueden haber acumulado cantidades tan incomprensibles de masa? Aquí es donde las cosas se complican un poco. La conclusión es que la evolución de los agujeros negros supermasivos todavía se debate acaloradamente. Ni siquiera sabemos si todos se forman de la misma manera, o si hay una variedad de mecanismos en juego.

Lo que sí sabemos es esto: los agujeros negros supermasivos existieron en el universo muy primitivo, menos de mil millones de años después del Big Bang. Cómo se volvieron tan masivos tan rápido sigue siendo un misterio. Es posible que estos primeros monstruos se acumularan a través de agujeros negros de menor masa y se fusionaran, eventualmente formando un agujero negro supermasivo. Otra idea es que se formaron a partir del colapso espontáneo de enormes nubes de hidrógeno. Comprima cualquier cosa en el universo a un cierto tamaño y densidad y formará un agujero negro: por ejemplo, si comprimiera la Tierra al tamaño de una canica, eso es lo que sucedería. Pero el hecho es que no sabemos qué modelo, si es que hay alguno, es el correcto.

Los científicos esperan que el Telescopio Espacial James Webb, que debe comenzar sus observaciones científicas este verano, ayude a responder la pregunta de cómo pudieron existir monstruos tan masivos tan temprano en el Universo: el telescopio debería poder mirar hacia atrás en el tiempo para "simplemente 200 millones de años después del Big Bang, para ver la formación de las primeras galaxias.

¿Cuál vino primero?

También está la cuestión de por qué la mayoría de las galaxias tienen agujeros negros supermasivos en sus centros. ¿Cuál es la relación entre una galaxia y su agujero negro? En los últimos años, esta cuestión ha sido objeto de mucho estudio. Entonces, ¿se formó primero una galaxia y luego se formó su agujero negro supermasivo, o se formó primero el agujero negro supermasivo y luego la galaxia se acumuló a su alrededor? Esta pregunta del huevo y la gallina no está resuelta de ninguna manera. Además, existe una curiosa relación lineal entre la masa de un agujero negro supermasivo y la del bulto galáctico que lo rodea: cuanto más masivo es el agujero negro, más masa hay en el bulto. Esto apunta a algún tipo de coevolución entre los dos, pero aún no sabemos cuál es esa relación y qué representa.

Sabemos que los agujeros negros supermasivos pueden desempeñar un papel crucial en la producción de estrellas dentro de una galaxia, algo que solo se ha apreciado en los últimos años. Los chorros relativistas que salen disparados de un agujero negro supermasivo se abren camino a través de una galaxia, ya sea dispersando las nubes de hidrógeno que forman estrellas para que no formen estrellas, o comprimiéndolas para que comiencen la formación de estrellas. Esto apunta a una estrecha relación entre un agujero negro supermasivo y la evolución de su galaxia anfitriona, pero apenas estamos comenzando a comprender la naturaleza de esa relación y lo que significa para la formación estelar.

Galaxias sin agujeros negros supermasivos

Pero, ¿qué pasa con las galaxias que no tienen un agujero negro supermasivo en su centro? Son pocos en comparación, pero creemos que sabemos por qué el agujero negro está ausente. Se trata de que haya dos galaxias que pasen muy cerca una de la otra. ¡Las interacciones gravitatorias entre sus respectivos agujeros negros supermasivos pueden resultar en que uno de los agujeros negros sea literalmente expulsado de su galaxia anfitriona! ¡En 2012, se observó que un agujero negro supermasivo viajaba fuera de su galaxia anfitriona a más de 3 millones de millas por hora! Además, sus emisiones de rayos X lo seguían como una estela, apuntando hacia el centro de la galaxia. Esta fue la primera confirmación de por qué algunas galaxias carecen de agujeros negros supermasivos; desde entonces se han descubierto otros ejemplos.

Así que ahora podemos decir con cierto grado de confianza que todas las galaxias nacen con agujeros negros supermasivos, incluso si algunas pueden perderlos más tarde. Pero todavía hay huevos y gallinas en cuanto a qué se formó primero, la galaxia o el agujero negro.

Los agujeros negros supermasivos son los verdaderos monstruos del universo, cuyos orígenes son misteriosos y cuyas relaciones con sus galaxias anfitrionas aún no se comprenden bien. Sin embargo, es muy probable que con toda una nueva generación de telescopios superpotentes basados ??en la Tierra y el espacio viendo la primera luz en la próxima década, podamos finalmente desentrañar sus misterios.

La primera imagen del agujero negro.

Por cierto, aunque los estallidos de rayos X en galaxias lejanas son indicadores de la presencia de un agujero negro supermasivo, en un tribunal de justicia esto se consideraría solo como prueba circunstancial . Después de todo, los astrónomos nunca habían visto un agujero negro, aunque estaban bastante seguros de que los agujeros negros existen (porque sería difícil explicar las observaciones de otra manera).

Todo eso cambió en 2019, cuando el Event Horizon Telescope, un conjunto global de radiotelescopios, pudo, en una hazaña tecnológica increíble, obtener imágenes del agujero negro supermasivo en el corazón de la galaxia M87. Presentada al mundo en marzo de 2019, la imagen, que fue noticia de primera plana en todo el mundo, fue nuestra primera visión real de un agujero negro. Confirmó muchas de las predicciones de Einstein y está destinada a ser una de las imágenes científicas más icónicas de todos los tiempos. Mostró el disco brillante de material alrededor de la sombra del agujero negro, que es un área oscura sin fotones porque cualquier aventura que se acerque al agujero negro supermasivo se consume de inmediato.

¡Y ahora ese mismo Event Horizon Telescope está a punto de hacer un anuncio sobre Sagitario A*! ¡Manténganse al tanto!

Esta es la primera imagen de un agujero negro, de abril de 2019. Se forma un anillo brillante a partir de la luz que se dobla en la intensa gravedad alrededor del agujero negro, que es 6.500 millones de veces más masivo que nuestro sol. Este agujero negro está en el centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz de la Tierra. Imagen vía Event Horizon Telescope.

En pocas palabras: una galaxia grande generalmente tiene un agujero negro supermasivo en su corazón. Estos agujeros negros contienen millones, a miles de millones, de veces la masa de nuestro sol.

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Andy Briggs

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Sobre el Autor:

Andy Briggs ha pasado los últimos 30 años comunicando astronomía, astrofísica y tecnología de la información a las personas. Puede escuchar su actualización semanal de astronomía y noticias espaciales, los lunes, en el canal de radio global por Internet AstroRadio (http://www.astroradio.earth), donde también contribuye a otros programas. Ha estado activo en muchas sociedades de astronomía en el Reino Unido y es un colaborador frecuente de la revista Astronomy Ireland. Andy también da conferencias regularmente sobre temas relacionados con la astrofísica, como las ondas gravitacionales y los agujeros negros. Vive en Cataluña, España, con su hija.

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Agujeros negros supermasivos y candidatos

  • 1ES 2344+514.
  • TON 618 (este cuásar tiene posiblemente el agujero negro más grande jamás encontrado, estimado en 66 mil millones de masas solares)
  • 3C 371.
  • 4C +37.11 (se cree que esta radiogalaxia tiene agujeros negros supermasivos binarios)
  • Biblioteca AP

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No existe un límite superior teórico para la masa de un agujero negro. Sin embargo, los astrónomos han notado que los agujeros negros ultramasivos (UMBH) que se encuentran en los núcleos de algunas galaxias nunca parecen exceder los 10 mil millones de masas solares.

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