Hubble encuentra evidencia sólida de un agujero negro de masa intermedia en Omega Centauri        

Por: ESA/Hubble.

10 de julio de 2024

De izquierda a derecha: el cúmulo globular de estrellas Omega Centauri en su conjunto, una versión ampliada del área central y la región en el centro mismo con la ubicación del agujero negro de tamaño mediano que se identificó en el presente estudio marcada. Crédito de la imagen: ESA/Hubble & NASA, M. Häberle (MPIA).

Las estrellas de rápido movimiento recientemente identificadas en el cúmulo estelar Omega Centauri proporcionan evidencia sólida de que en el centro del cúmulo hay un agujero negro. Con al menos 8.200 masas solares, es el mejor candidato para una clase de agujeros negros cuya existencia los astrónomos han creído durante mucho tiempo: agujeros negros de masa intermedia, formados en las primeras etapas de la evolución de las galaxias.

Un equipo internacional de astrónomos ha utilizado más de 500 imágenes del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA durante dos décadas para detectar siete estrellas de rápido movimiento en la región más interna de Omega Centauri, el cúmulo globular más grande y brillante del cielo. Estas estrellas proporcionan nuevas pruebas convincentes de la presencia de un agujero negro de masa intermedia. El descubrimiento refuerza la tesis de que Omega Centauri es la región central de una galaxia que fue engullida por la Vía Láctea hace miles de millones de años. Despojado de sus estrellas exteriores, ese núcleo galáctico ha permanecido “congelado en el tiempo” desde entonces.

Los agujeros negros de masa intermedia (IMBH, por sus siglas en inglés) son un “eslabón perdido” buscado durante mucho tiempo en la evolución de los agujeros negros. Hasta la fecha, solo se han encontrado unos pocos candidatos a IMBH. La mayoría de los agujeros negros conocidos son extremadamente masivos, como los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los núcleos de las grandes galaxias, o relativamente ligeros, con una masa inferior a 100 veces la del Sol.

Los agujeros negros son uno de los entornos más extremos que los humanos conocen, por lo que son un campo de pruebas para las leyes de la física y nuestra comprensión de cómo funciona el Universo. Si existen los IMBH, ¿qué tan comunes son? ¿Un agujero negro supermasivo crece a partir de un IMBH? ¿Cómo se forman los propios IMBH? ¿Son los cúmulos estelares densos su hogar favorito?

Omega Centauri es visible a simple vista desde la Tierra y es uno de los objetos celestes favoritos de los observadores de estrellas del hemisferio sur. Aunque el cúmulo está a 17.700 años luz de distancia, justo por encima del plano de la Vía Láctea, parece casi tan grande como la Luna llena cuando se lo ve desde una zona rural oscura.

La clasificación exacta de Omega Centauri ha evolucionado con el tiempo, a medida que nuestra capacidad para estudiarlo ha mejorado. Fue incluido por primera vez en el catálogo de Ptolomeo hace casi dos mil años como una estrella única. Edmond Halley lo describió como una nebulosa en 1677, y en la década de 1830 el astrónomo inglés John Herschel fue el primero en reconocerlo como un cúmulo globular.

Para comprobar la hipótesis, era necesario detectar realmente un agujero negro central en Omega Centauri, y hasta ahora los astrónomos no habían logrado detectarlo con certeza. Si bien existían pruebas procedentes de modelos a gran escala del movimiento de las estrellas en el cúmulo, esas pruebas dejaban lugar a dudas: tal vez no hubiera ningún agujero negro central. La ardua búsqueda se convirtió en tarea de Maximilian Häberle, estudiante de doctorado en el Instituto Max-Planck de Astronomía.

Häberle dirigió el trabajo de creación de un enorme catálogo de los movimientos de las estrellas en Omega Centauri, midiendo las velocidades de 1,4 millones de estrellas mediante el estudio de más de 500 imágenes del cúmulo tomadas con el Hubble. La mayoría de estas imágenes se habían producido con el propósito de calibrar los instrumentos del Hubble, más que para uso científico. Pero con sus imágenes de Omega Centauri que se repetían una y otra vez, resultaron ser el conjunto de datos ideal para los esfuerzos de investigación del equipo.

Esas estrellas que se mueven rápidamente lo hacen porque tienen una masa cercana concentrada, en el caso de una sola estrella, sería imposible determinar si es rápida porque su masa central es grande o porque está muy cerca de ella, o si simplemente está volando en línea recta, sin masa a la vista. Pero siete estrellas de este tipo, con distintas velocidades y direcciones de movimiento, permitieron a Häberle y a sus colegas separar los diferentes efectos y determinar que en Omega Centauri hay una masa central, con una masa de al menos 8.200 soles. Las imágenes no indican ningún objeto visible en la ubicación inferida de esa masa central, como cabría esperar de un agujero negro.

El análisis más amplio no sólo permitió a Häberle determinar con precisión las velocidades de sus siete estrellas de alta velocidad, sino que también acotó la ubicación exacta de la región central, de tres meses luz de diámetro (en las imágenes, tres segundos de arco), dentro de Omega Centauri. Además, el análisis proporcionó una confirmación estadística: es posible que una única estrella de alta velocidad en la imagen ni siquiera pertenezca a Omega Centauri. Podría ser una estrella fuera del cúmulo que pasa justo detrás o delante del centro de Omega Centauri por casualidad. Las observaciones de siete estrellas de este tipo, por otro lado, no pueden ser pura coincidencia y no dejan lugar a otras explicaciones que no sean un agujero negro.

En vista de sus hallazgos, el equipo de investigación planea ahora examinar el centro de Omega Centauri con más detalle. Ya cuentan con la aprobación para medir el movimiento de alta velocidad de la estrella hacia o desde la Tierra (velocidad en la línea de visión) utilizando el telescopio espacial James Webb, y existen futuros instrumentos (GRAVITY+ en el VLT de ESO, MICADO en el Extremely Large Telescope) que podrían señalar posiciones estelares con mayor precisión que el Hubble.

El objetivo a largo plazo es determinar cómo se aceleran las estrellas: cómo se curvan sus órbitas. Sin embargo, seguir a esas estrellas una vez que recorren toda su órbita, como en las observaciones que ganaron el premio Nobel cerca del agujero negro en el centro de la Vía Láctea, es un proyecto para futuras generaciones de astrónomos.

Fuente:

https://esahubble.org/news/heic2409/