Los astrónomos han visto un agujero negro de 40 mil millones de masas solares en el cúmulo de galaxias Abell 85. Encontraron al gigante utilizando observaciones espectrales con el Very Large Telescope (VLT). Hay solo unas pocas mediciones de masa directa para agujeros negros, y a unos 700 millones de años luz de la Tierra, este es el más distante.
Dentro del cúmulo Abell 85 se encuentra Holm 15A, una galaxia cúmulo más brillante (BCG). Eso significa que es la galaxia más brillante del cúmulo Abell 85. El centro de Holm 15A es difuso y muy débil, a pesar de que la galaxia en sí es muy luminosa y tiene una masa visible de estrellas que totalizan dos billones de masas solares. Esta aparente discrepancia llamó la atención de los investigadores del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) y del Observatorio de la Universidad de Munich (USM).
El nuevo estudio fue dirigido por el científico del MPE Jens Thomas. La región central difusa en Holm 15A es casi tan grande como la Gran Nube de Magallanes, y Thomas y los otros astrónomos pensaron que esto era una pista de que había un agujero negro enormemente masivo. El equipo utilizó datos del espectrómetro MUSE en el VLT y el Observatorio Wendelstein del USM para estudiar esta vasta región difusa.
En un comunicado de prensa, Thomas dijo: "Solo hay unas pocas docenas de mediciones de masa directa de agujeros negros supermasivos, y nunca antes se había intentado a esa distancia. Pero ya teníamos una idea del tamaño del Agujero Negro en esta galaxia en particular, así que lo probamos ”.
Los datos de ambos telescopios permitieron al equipo realizar una estimación de masa basada directamente en los movimientos estelares alrededor del núcleo de la galaxia. Cuando los datos estuvieron disponibles, se reveló el agujero negro supermasivo de 40 mil millones de masas solares, convirtiéndolo en el agujero negro más masivo del universo conocido.
"Esto es varias veces mayor de lo esperado a partir de mediciones indirectas, como la masa estelar o la dispersión de la velocidad de las estrellas", dijo Roberto Saglia, científico senior de MPE y profesor de la LMU.
El centro de Holm 15A tiene un brillo superficial muy bajo y difuso. Es mucho más débil que en otras galaxias elípticas. Esa es una pista de que muchas estrellas han sido expulsadas del centro durante las fusiones que crearon este gigante. El estudiante de doctorado LMU Kianusch Mehrgan ayudó a analizar algunos de los datos en este estudio. En el mismo comunicado de prensa, Mehrgan dijo: “El perfil de luz en el núcleo interno también es muy plano. Esto significa que la mayoría de las estrellas en el centro deben haber sido expulsadas debido a interacciones en fusiones anteriores ".
Holm 15A es una galaxia de tipo temprano, o ETG. En la opinión ampliamente aceptada, los núcleos de este tipo de galaxias masivas se forman debido a un proceso llamado "limpieza de núcleos". Cuando dos galaxias se fusionan, sus agujeros negros también se fusionan. Todas esas interacciones gravitacionales tienen un efecto de tirachinas en las estrellas, expulsándolas de los núcleos. Sin gas en el núcleo, no se pueden formar nuevas estrellas, lo que conduce a este tipo de núcleo agotado.
De hecho, el perfil de luz para Holm 15A sugiere que las dos galaxias elípticas que se fusionaron ya habían agotado los núcleos de las fusiones anteriores. Así que ese enorme núcleo difuso y agotado era una pista de que un enorme agujero negro yace en el centro.
"La última generación de simulaciones por computadora de fusiones de galaxias nos dio predicciones que coinciden bastante bien con las propiedades observadas", dijo Jens Thomas, quien también proporcionó los modelos dinámicos. “Estas simulaciones incluyen interacciones entre estrellas y un binario de agujero negro, pero el ingrediente crucial son dos galaxias elípticas que ya tienen núcleos agotados. Esto significa que la forma del perfil de luz y las trayectorias de las estrellas contienen información arqueológica valiosa sobre las circunstancias específicas de la formación de núcleos en esta galaxia, así como otras galaxias muy masivas ".
La relación entre el perfil de luz y la masa del agujero negro podría conducir a una mejor comprensión de los agujeros negros y a una nueva forma de medir su masa.
La mayoría de los agujeros negros supermasivos están demasiado distantes para medirlos directamente. Pero esta investigación apunta a una nueva relación entre brillo y masa. Cada vez que se fusionan dos agujeros negros, la masa aumenta, pero las estrellas son expulsadas y el núcleo galáctico se oscurece, suponiendo que haya una falta de gas para la formación de nuevas estrellas.
El equipo tiene la intención de seguir desarrollando su modelo, y puede extenderse más allá de solo medir la masa de los agujeros negros. En su artículo dicen: "Nuestros resultados sugieren que la forma exacta del perfil de luz central, así como los detalles de la distribución de las órbitas estelares en el centro contienen información valiosa sobre la historia de fusión de galaxias muy masivas".
La masa de la mayoría de los agujeros negros se determina midiendo el movimiento de las estrellas cercanas al centro galáctico. En galaxias muy distantes, no se pueden determinar los movimientos de esas estrellas. Pero esta nueva relación entre la luz y la masa podría formar la base para medir la masa de los agujeros negros más distantes. Como dicen los autores en su artículo, “En las galaxias centrales, las masas de los agujeros negros se escalan inversamente con el brillo de la superficie estelar central y la densidad de masa estelar central, incluso en Holm 15A. Mostramos esta correlación aquí por primera vez ".
Si esa correlación se mantiene, podría ser solo cuestión de tiempo antes de que este agujero negro de 40 mil millones de masa solar sea destronado, y un nuevo agujero negro aún más masivo tome su lugar.
Más:
- Comunicado de prensa: Peso pesado en el corazón de la galaxia central de Abell 85
- Documento de investigación: UN AGUJERO NEGRO DE MASA SOLAR DE 40 MIL MILLONES EN EL NÚCLEO EXTREMO DE HOLM 15A, LA GALAXIA CENTRAL DE ABELL 85
- Video de la revista Space: ¿Agujeros negros supermasivos o sus galaxias? ¿Cuál vino primero?
