Messier 87 – foto: Hubble-WikiSky
Los telescopios más grandes de la Tierra, que poseen instrumentos de ultima generación, han logrado en las últimas décadas observaciones de gran profundidad en el corazón de las galaxias cercanas a la nuestra, revelando la presencia de agujeros negros supermasivos.
Cada galaxia con una protuberancia central o componente elíptica, se estima que posee un agujero negro en su centro; razón por la cual, se llega a la conclusión que existen agujeros negros supermasivos con un impresionante rango de millones de masas solares, tal como sucede en nuestra Vía Láctea.
En 1978, fecha original en que se midió el agujero negro de Messier 87 (M87), según las últimas mediciones, se ha establecido que su rango es de 6,6 millones de masas solares, cifra que no ha dejado satisfecho a los astrónomos buscadores los cuales siguen observado lo que aparentemente esta fuera de su alcance.
Dos argumentos sugieren la existencia de agujeros negros con 10 mil millones de masas solares o más.
El primer argumento se refiere a las observaciones de quásares en distantes galaxias, los cuales tienen luminosidades extremas debido a la enorme cantidad de gas en espiral direccionado hacia un agujero negro central. El gas se calienta a temperaturas incandescentes antes de ser consumido, lo que permite observarlos cual faro, desde una distancia de miles de millones de años luz.
El espectroscopio, es el instrumento utilizado para estimar la velocidad del gas y su distancia media del agujero negro, permitiendo a los astrónomos medir, de todas maneras con gran incertidumbre, la masa del agujero negro.
De esta manera, la mayor parte de los agujeros negros masivos, se ha estimado entre los 10 a 20 millones de masas solares.
Al observar los quásares cercanos a este tipo de masivos agujeros negros, se ha logrado definir que debido al corrimiento hacia el rojo, corresponden cuando el universo tenía una edad menor a los 3 mil millones de años y contenía una mayor cantidad de gas a consumir.
En los últimos 10 mil millones de años, la voracidad de estos agujeros negros hace que se desconozca el actual paradero de muchos de ellos.
Cúmulo de Coma – NGC 4889 (central)- Foto: NASA/JPL-Caltech/GSFC/SDSS
El segundo argumento a favor de los 10 millones de masas solares, se basa en la extrapolación a partir de una muestra estudiada de aproximadamente 60 galaxias cercanas, de la masa del agujero negro central obtenida directamente de la dinámica del gas o estrellas en las proximidades del agujero.
Las masas de los agujeros negros obtenidas a través de esta muestra en una gama de millones a miles de millones de masas solares, muestran correlaciones tanto con la velocidad estelar de la dispersión y la luminosidad de la elíptica de la galaxia espiral o una protuberancia, la más gran de la galaxia, cuando más grande es el agujero negro.
Las galaxias brillantes en el universo local, conocidas como BCGs (Brightest Cluster Galaxies) o Cúmulos Brillantes de Galaxias elípticas Gigantes, están situados cerca de los cúmulos de galaxias. M87 reside en el cúmulo de Virgo, el más cercano de los cúmulos de galaxias prominentes ubicado a una distancia de 17 Megaparsecs (Mpc – alrededor de 55 millones de años luz). Lograr observar agujeros negros más grandes que el de M87, se tendría que aventurarse más allá del cúmulo de Virgo.
Efectuar observaciones directas de la presencia de un agujero negro en BCG, es en extremo difícil debido que estas galaxias masivas son raras y sus distancias muchas veces son mayores varias veces una M87. Hoy en día, las galaxias elípticas BCG con sus agujeros negros con pequeños restos de gas, corresponden a los períodos anteriores de formación de estrellas.
Sin un depósito de gas que alimente los agujeros negros, estos quedan inactivos y no emiten rayos X, característica de las galaxias activas, como los cuásares. Un agujero negro tranquilo de todas maneras puede revelar su presencia debido al efecto de su atracción gravitatoria sobre las órbitas de las estrellas cercanas a él.
A una distancia de decenas o cientos de años luz del agujero negro, rara vez una estrella es consumida, pero en cambio existe una aceleración muy grande de la velocidad orbital. Es difícil para los astrónomos desentrañar los movimientos de las estrellas cercanas al agujero negro de otras estrellas que orbitan más allá de la región de influencia del agujero negro; para hacerlo, requiere observaciones espectroscópicas de excelente resolución angular, que les permita trazar con claridad el centro de la galaxia.
Existen pocos telescopios grandes que puedan resolver el centro de una BCG y recoger suficiente luz de las estrellas que permita observaciones significativas; entre estos telescopios, se encuentra Gemini Norte y Gemini Sur. Después de muchos esfuerzo, el equipo formado por la Universidad de California en Berkeley (los científicos Shelley Wright y James Graham -también de la Universidad de Toronto), Karl Gebhardt y Murphy Jeremy de la Universidad de Texas, Austin, Tod Lauer del nacional Optical Astronomy Observatory y Doug Richstone de la Universidad de Michigan, lograron durante el pasado año 2011, el descubrimiento de dos agujeros negros con masas sin precedentes dentro del universo local. Midieron un agujero negro de 9,7 millones de masas solares en la galaxia NGC 3842, la BGC del cúmulo de Abel 1367 y otra que podría tener 21 mil millones de masas solares en NGC 4889, la BCG de Abell 1656. Ambas galaxias se encuentran aproximadamente a 100 Megaparsec (aprox. 330 millones de años luz) de nuestra galaxia, seis veces más que el record de M87.
Las medidas se basan en un análisis de los movimientos estelares cercanos a los centros de las dos galaxias, y se utilizaron datos a partir de OMG en el observatorio Gemini Norte, los instrumentos del Observatorio Keck en Hawai y el McDonald Observatorio de Texas. Obteniéndose datos esenciales que permitieron la medición de los agujeros negros en NGC 3842 y 4889. Los datos obtenidos de la IFU Osiris en Keck ayudaron a confirmar los movimientos estelares en similares resoluciones espaciales y las instrucciones de uso de Virus-P en el observatorio McDonald que registró espectros en las afuera de cada galaxia.
Las masas de los agujeros negros, se lograron determinar mediante la comparación en alta resolución y medición de campo amplio de la cinemática estelar a los modelos numéricos de galaxias con estrellas y agujeros negros.
Esta imagen ilustra el inmenso tamaño de los agujeros negros descubiertos. Los agujeros negros residen en los centros de las dos galaxias, cada una de ellas es la galaxia más brillante en un cúmulo de galaxias. La imagen de fondo muestra el galaxia más brillante del cúmulo Abell 1367, que alberga uno de los agujeros negros. Los horizontes de eventos de tanto negro los agujeros son varias veces más grande que la órbita de Plutón en nuestro sistema solar se empequeñecido por los orificios. GeminiFocus:crédito de la imagen: Cortesía de P. Marenfeld / NOAO / AURA / NSF.
En NGC 3842 y NGC 4889 se ha descubierto que cuando el universo tenía entre 1 a 3 millones de años, agujeros negros en el mismo ámbito de la masa de los quásares más brillantes. Pero no se ha podido demostrar que específicamente estas galaxias hayan sido alguna vez quásares o que sus agujeros negros pueden haber sido de un tamaño monstruoso y han estado inactivos desde entonces. De hechos, los estudios teóricos y observacionales de las BCG, sugieren que se reunieron poco a poco en el tiempo, mediante fusiones de decenas o cientos de pequeños sistemas estelares.
Aún cuando el crecimiento inicial del agujero negro estelar, fuera gradual, el conjunto podría coexistir mediante la evolución de diferentes procesos, combinación que probablemente hace fomentar una clara tendencia entre luminosidad y la masa del agujero negro para las galaxias mayores, que en la actualidad se puedan esperar de las galaxias con luminosidades estelares similares.
Se requiere por lo tanto, la observación de un mayor número de BCGs para entender las relaciones de la escala de galaxias masivas en el universo. En esta etapa, es demasiado prematuro saber si los dos agujeros negros antes mencionados, de a lo menos 10 mil millones de masas solares, es un hallazgo raro o es la punta de un iceberg. Docenas de cúmulos de galaxias y BCG que se encuentras a distancias similares a NGC 3842 y NGC 4889 no garantizan que alberguen agujeros negros más masivos.
Lo que es cierto, es el avance logrado en Gemini y otros observatorios, donde los astrónomos siguen en la búsqueda de agujeros negros supermasivos.
Es un nuevo hito en la búsqueda de los mayores agujeros negros en el universo local, ha superado registros existentes al descubrir agujeros negros que se aproximan a los 10 mil millones de masas solares. ¿Es la punta del iceberg? como se pregunta el autor principal del artículo aparecido en la revista Nature del 08 de diciembre de 2011 Nicholas McConnnell , si son únicos, está por verse.
Los autores del trabajo son Nicholas McConnell estudiante graduado de astronomía y Chung-Pei Ma profesora de astronomía, ambos de la Universidad de Berkeley.
Compilado (resumen) de: GeminiFocus-Dic.2011(traducción libre)
www.gemini.edu/efocus
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