Los astrónomos se han vuelto muy buenos pesando agujeros negros supermasivos

En la década de 1970, los astrónomos concluyeron que una fuente de radio persistente procedente del centro de nuestra galaxia era en realidad un agujero negro supermasivo (SMBH). Este agujero negro, conocido hoy como Sagitario A*, tiene una masa de más de 4 millones de masas solares y puede ser detectado por la radiación que emite en múltiples longitudes de onda. Desde entonces, los astrónomos han descubierto que en el centro de la mayoría de las galaxias masivas residen galaxias pequeñas y ultramasivas, ¡algunas de las cuales son mucho más grandes que la nuestra! Con el tiempo, los astrónomos han observado relaciones entre las propiedades de las galaxias y las masas de objetos pequeños y medianos, lo que sugiere que ambas evolucionan juntas.

usando Gravedad + herramienta en Interferómetro telescópico muy grande (VLTI), un equipo de Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) midió recientemente el grupo SMBH en SDSS J092034.17+065718.0. A una distancia de unos 11 mil millones de años luz de nuestro sistema solar, esta galaxia existía cuando el universo tenía sólo dos mil millones de años. Para su sorpresa, descubrieron que la galaxia SMBH tiene una masa modesta de 320 millones de masas solares, mucho menos masiva que la galaxia anfitriona. Estos resultados podrían revolucionar nuestra comprensión de la relación entre las galaxias y los agujeros negros en sus centros.

La relación entre las propiedades de una galaxia y su SMBH se ha observado muchas veces en el universo local. Para determinar si esto siempre ha sido la norma, los astrónomos han estado esperando ansiosamente poder vislumbrar galaxias que existieron durante el amanecer cósmico, el período poco después del Big Bang cuando se formaron las primeras galaxias. Sin embargo, sigue siendo extremadamente difícil (o incluso imposible) medir las masas de los agujeros negros de estas galaxias distantes utilizando métodos directos tradicionales, incluso cuando se trata de cuásares (“objetos cuásares”).

Esta clase de galaxias particularmente brillante es un subconjunto de galaxias con núcleos galácticos (AGN) extremadamente activos, cuyos núcleos eclipsarán temporalmente a todas las estrellas del disco. Afortunadamente, los telescopios e instrumentos de próxima generación están permitiendo a los astrónomos vislumbrar estas primeras galaxias por primera vez. Esto incluye el instrumento interferómetro gravitacional a bordo del VLTI, que combina interferométricamente la luz de los cuatro telescopios de 8 metros (26,25 pies) del Very Large Telescope de ESO, creando un único telescopio virtual con un diámetro de 130 metros (426,5 pies).

Gracias a actualizaciones recientes, el sucesor del instrumento GRAVITY (GRAVITY+) permite a los astrónomos estudiar con precisión el crecimiento de los agujeros negros en otra época crítica llamada «mediodía cósmico», cuando los agujeros negros y las galaxias crecían rápidamente. «En 2018, hicimos las primeras mediciones sorprendentes de la masa del agujero negro de un quásar utilizando la gravedad. Sin embargo, este quásar estaba muy cerca. Taro Shimizu, científico del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, dijo en el artículo: Comunicado de prensa del MPE: «Ahora hemos llegado hasta un corrimiento al rojo de 2,3, lo que equivale a un período retrospectivo de 11 mil millones de años».

Gracias al rendimiento mejorado que permite GRAVITY+, los astrónomos pueden traspasar los límites y capturar imágenes de agujeros negros en el universo primitivo 40 veces más nítidas de lo que era posible incluso con Telescopio espacial James Webb (JWST). Con la ayuda de GRAVITY+, el equipo pudo aprovechar sus observaciones anteriores y resolver espacialmente el movimiento del gas y el polvo que forman el disco de acreción alrededor del agujero negro central de SDSS J092034.17+065718.0. Esto les permitió obtener una medida directa de la masa del agujero negro central.

El agujero negro tiene una masa de 320 millones de masas solares, que en realidad es más ligera que la de su galaxia anfitriona, que tiene unos 60 mil millones de masas solares. Esto sugiere que la galaxia anfitriona creció más rápido que el gran agujero negro en su centro, lo que podría significar que hay un retraso entre el crecimiento de la galaxia y el agujero negro en algunas galaxias. Él dijo Jinyi Shangguan, científico de MPE en el grupo de investigación:

«El escenario más probable para la evolución de esta galaxia parece ser una poderosa retroalimentación de supernova, en la que estas explosiones estelares expulsan gas de las regiones centrales antes de que pueda alcanzar el agujero negro en el centro de la galaxia. General – excepto cuando la galaxia se vuelve lo suficientemente masivo como para retener un depósito de gas en sus regiones centrales incluso contra la retroalimentación de una supernova.

En el futuro, el equipo planea realizar observaciones de seguimiento de otras galaxias en el Mediodía Cósmico y realizar mediciones de alta resolución de los agujeros negros centrales. Estas observaciones determinarán si este desequilibrio de masa es el modo dominante de coevolución de las galaxias tempranas y sus galaxias pequeñas y medianas (SMBH).

Lectura en profundidad: Instituto Max Planck de Física Extraterrestre