20 de agosto de 2008

La mayoría de los agujeros negros son sólo gigantes o pequeños

Imagen: NASA/JPL-Caltech/ NOAO/AURA/NSF

Los agujeros negros son a veces enormes bestias cósmicas, miles de millones de veces la masa del Sol, y, a veces, tan pequeños como sólo un par de veces la masa del Sol. Pero, ¿hay agujeros negros también de tamaño mediano? Un nuevo estudio sugiere que, mayormente, la respuesta es no.

Los astrónomos desde hace mucho tiempo sospechan que el lugar más probable para encontrar un agujero negro de masa media es en el centro de un objeto similar a una galaxia en miniatura - un objeto denominado cúmulo globular. Sin embargo, nadie ha sido capaz de encontrar uno de forma concluyente.

Ahora, un equipo de astrónomos ha examinado a fondo un cúmulo globular llamado RZ2109 y determinó que no puede poseer un agujero negro mediano. Los resultados sugieren que estos esquivos objetos no se esconden en los cúmulos globulares, y tal vez sean muy raros.

"Algunas teorías dicen que los pequeños agujeros negros en los cúmulos globulares deberían hundirse hasta el centro y formar uno de tamaño mediano, pero nuestro descubrimiento sugiere que esto no es cierto", dijo Daniel Stern del Laboratorio de Propulsión a Reacción JPL, de la NASA, en Pasadena, California. Stern es el segundo autor de un estudio que detalla las conclusiones en la edición del 20 de agosto de 2008 del The Astrophysical Journal. El autor principal es Stephen Zepf, de la Universidad del Estado de Michigan, en East Lansing.

Los agujeros negros son puntos increíblemente densos de materia, cuya gravedad impide incluso que la luz se escape. El agujero negro menos masivo conocido es unas 10 veces la masa del Sol y se forman cuando las estrellas masivas explotan en las explosiones de supernovas. Los agujeros negros más grandes son miles de millones de veces la masa del Sol y se encuentran en los profundos vientres de casi todas las galaxias.

Esto deja a los agujeros negros de masa intermedia, los cuales se pensaba que estaban enterrados en los núcleos de los cúmulos globulares. Los cúmulos globulares son densas colecciones de millones de estrellas, que se encuentran dentro de las galaxias que contienen cientos de miles de millones de estrellas. Los teóricos sostienen que un cúmulo globular debe tener una versión reducida de un agujero negro galáctico. Tales objetos tendrían entre unas 1000 a 10000 veces la masa del Sol, o de tamaño medio en la escala universal de los agujeros negros.

En un estudio anterior, Zepf y sus colegas buscaron evidencias de un agujero negro en RZ2109, situado a 50 millones de años luz de distancia en una galaxia cercana. Usando el telescopio XMM-Newton (que deriva su nombre de su diseño como telescopio de rayos X de espejos múltiples), de la Agencia Espacial Europea, descubrieron la huella en rayos X de la marca de un agujero negro activo o "alimentándose". Pero, en ese momento, aún no sabían su tamaño.

Zepf y Stern luego se unieron con otros para obtener una huella química, llamada espectro, del cúmulo globular, usando el Observatorio W.M. Keck, en Mauna Kea, Hawai. El espectro reveló que el agujero negro es pequeño, con aproximadamente 10 veces la masa del Sol.

De acuerdo a la teoría, un cúmulo con un pequeño agujero negro no puede tener además uno de tamaño medio. Los agujeros negros de tamaño medio serían bastante masivos con mucha gravedad, lo que, si existe uno en un cúmulo globular, los científicos sostienen que rápidamente arrastraría cualquier pequeño agujero negro a su alcance.

"Si un agujero negro mediano existió en un cúmulo, o bien tragó los agujeros negros pequeños o los mandó fuera del cúmulo", dijo Stern. En otras palabras, el pequeño agujero negro en RZ2109 descarta la posibilidad de uno medio.

¿Cómo los científicos descubrieron que el agujero negro del cúmulo globular es pequeño? Utilizando técnicas de modelado, Zepf y sus colegas llegaron a la conclusión que el espectro tomado por Keck revela alta velocidad en los flujos de materia, o "vientos", expulsados por el agujero negro. Sólo un pequeño agujero negro puede expulsar los fuertes vientos observados.

Zepf explica: "Sabíamos de los datos en rayos X que este agujero negro estaba activamente tragando materia. Si un agujero negro de tamaño intermedio tragaba ese material, no sería demasiado grande. Pero si fuese un pequeño agujero negro, el material sería demasiado para él y, por tanto, algún material sería expulsado en forma de fuertes vientos. De este modo, los fuertes vientos fueron nuestro 'humo del arma' que mostró que este agujero negro es pequeño".

¿Es éste el final de la historia para los agujeros negros medianos? Zepf dijo que es posible que este tipo de objetos se esconda en las afueras de las galaxias como nuestra Vía Láctea, ya sea en torno a las llamadas galaxias enanas o en los restos de galaxias enanas que son ingeridos por una galaxia más grande. Si es así, el agujero negro sería débil y difícil de encontrar.

Otros autores de este trabajo son: Thomas Maccarone de la Universidad de Southampton, Inglaterra; Arunav Kundu, de la Universidad del Estado de Michigan; Marc Kamionkowski, del Instituto Tecnológico de California, Pasadena; Katherine Rhode y John Salzer de la Universidad de Indiana, Bloomington, y Robin Ciardullo y Caryl Gronwall de la Universidad del Estado de Pennsylvanya, University Park, Salzer es también en la Universidad de Wesleyan, Middleton.

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.jpl.nasa.gov/