Detectan un posible agujero negro 'invisible' de masa intermedia

Utilizando el radiotelescopio japonés Nobeyama, de 45 metros, los astrónomos han detectado síntomas de un agujero negro invisible, con una masa de 100 mil veces la del Sol, alrededor del centro de la Vía Láctea. El equipo asume que este posible agujero negro de «masa intermedia» es clave para entender el nacimiento de los agujeros negros supermasivos situados en los centros de las galaxias.

Un equipo de astrónomos liderados por Tomoharu Oka, profesor de la Universidad de Keio, en Japón, ha encontrado una nube de gas enigmática, llamada CO-0,40-0,22, a 200 años luz de distancia del centro de la Vía Láctea. Lo que hace inusual a CO-0,40-0,22 es su dispersión de velocidad, sorprendentemente amplia: la nube contiene gas con una muy amplia gama de velocidades. El equipo encontró esta característica misteriosa con dos telescopios de radio, el Nobeyama de Japón y el ASTE de Chile, ambos operados por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAO).

Para investigar la estructura con detalle, el equipo observó CO-0,40-0,22 con el Nobeyama de nuevo para obtener 21 líneas de emisión espectral a partir de 18 moléculas. Los resultados muestran que la nube tiene una forma elíptica y consta de dos componentes: un componente de densidad compacta pero baja con una amplia dispersión de velocidad de 100 km / s, y un componente denso que se extiende a lo largo de 10 años luz con una dispersión de velocidad estrecha.

¿Que hace que esta dispersión de velocidad sea tan amplia? No hay agujeros en el interior de la nube. Además, las observaciones de rayos X e infrarrojos no encontraron objetos compactos. Estas características indican que la dispersión de velocidad no está causada por una entrada de energía local, como las explosiones de supernovas.

Simulación

El equipo realizó una sencilla simulación de nubes de gas arrojadas por una fuerte fuente de gravedad. En la simulación, las nubes de gas primero son atraídas por la fuente y sus velocidades se incrementan a medida que se acercan a ella, alcanzando un máximo en el punto más cercano al objeto. Después las nubes continúan más allá del objeto y sus velocidades disminuyen.

El equipo encontró que utilizando un modelo con una fuente de gravedad de 100 mil veces la masa del Sol dentro de un área con un radio de 0,3 años luz obtenían el mejor ajuste para los datos observados. «Teniendo en cuenta el hecho de que no se ven objetos compactos en las observaciones de infrarrojos y rayos X, por lo que sabemos el mejor candidato a ser el objeto masivo compacto es un agujero negro», explica Oka, el autor principal del artículo sobre la investigación, que aparece en la revista Astrophysical Journal Letters.

Si ese es el caso, esta es la primera detección de un agujero negro de masa intermedia. Los astrónomos ya conocen dos tamaños de agujeros negros: los de masa estelar, formados después de explosiones gigantescas de estrellas muy masivas; y los supermasivos (SMBH, por sus siglas en inglés), que a menudo se encuentran en los centros de las galaxias. La masa de los SMBH varía desde varios millones a miles de millones de veces la masa del Sol. Se han encontrado varios de ellos, pero nadie sabe cómo se forman. Una idea es que se forman a partir de la fusión de muchos agujeros negros de masa intermedia. Pero esto plantea un problema porque no se había encontrado hasta ahora ninguna evidencia observacional firme de los agujeros negros de masa intermedia.

Si la nube CO-0,40-,22, situada a tan sólo 200 años luz de distancia de Sgr A* (el SMBH de 4 millones de masas solares del centro de la Vía Láctea), contiene un agujero negro de masa intermedia, podría ser una evidencia de la hipótesis de la formación de SMBH mediante la fusión de agujeros de masa intermedia.

Búsqueda

Estos resultados sugieren una nueva forma de búsqueda de agujeros negros con radiotelescopios. Observaciones recientes han revelado que hay una serie de nubes compactas similares a CO-0,40-0,22 con una gran dispersión de velocidades. El equipo propone que algunas de esas nubes pueden contener agujeros negros.

Un estudio sugiere que hay 100 millones de agujeros negros en la Vía Láctea, pero las observaciones de rayos X sólo han encontrado decenas hasta ahora. La mayoría de los agujeros negros podrían ser «oscuros» y muy difíciles de ver directamente en cualquier longitud de onda. «Las investigaciones del movimiento de gas con radiotelescopios pueden proporcionar una manera complementaria de buscar agujeros negros oscuros», dice Oka, en la nota de prensa del Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

«Las observaciones en curso que están realizando en la Vía Láctea el telescopio Nobeyama, y las observaciones de alta resolución de galaxias cercanas del telescopio Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) tienen el potencial de aumentar el número de candidatos a agujeros negros de forma drástica.» Referencia bibliográfica:

Tomoharu Oka, Reiko Mizuno, Kodai Miura, Shunya Takekawa: Signature of an intermediate-mass black hole in the central molecular zone of our galaxy. The Astrophysical Journal (2015). DOI: 10.3847/2041-8205/816/1/L7.