Los físicos creen que han descubierto un agujero negro muy raro

El 30 de agosto de 1995, la luz de 10 mil millones de años del universo temprano finalmente golpeó el Observatorio de Rayos Gamma de Compton, que estaba orbitando la Tierra. Un equipo de investigadores australianos ahora informa que el estallido de rayos gamma contenía evidencia de un agujero negro de masa media extremadamente raro que ayudaría a llenar un vacío en nuestra comprensión de estos acertijos cósmicos.

Los agujeros negros generalmente se dividen en tres tamaños. Los más pequeños son agujeros negros de tamaño estelar, que, como su nombre indica, tienen aproximadamente la masa de unas pocas estrellas y pueden tener entre unas pocas y cien veces la masa de nuestro sol. Luego están los poco conocidos y solo descritos provisionalmente Agujeros negros de masa mediaque van desde 100 masas solares hasta 100.000 masas solares. En el otro extremo de la escala hay agujeros negros supermasivos de 100.000 masas solares o más. Algunos son miles de millones de veces el tamaño de nuestro sol, como el agujero negro. fotografiado famoso en 2019.

Hay agujeros negros de masa media, pero a diferencia de sus compatriotas más grandes y más pequeños, ofrecen poco a nuestros telescopios que intentan detectarlos. Rara vez se encuentran agujeros negros potenciales de tamaño mediano, aunque los astrofísicos tienen algunas ideas sobre dónde buscar e incluso han nombrado algunos candidatos en los últimos años. Solo hay un puñado de objetos observados que se sospecha que son un agujero negro de masa media.

El análisis más reciente del equipo de los datos de 26 años fue publicado esta semana en la revista Nature Astronomy. No es el primer candidato reportado para un agujero negro de masa media, pero el primero en ser detectado con rayos gamma.

Los científicos están encontrando pruebas más contundentes de un nuevo tipo de agujero negro

Hemos visto agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias que despedazaron las estrellas. Descubrimos la onda de energía de agujeros negros relativamente pequeños que chocaban entre sí para crear un bamboleo en el espacio-tiempo a mil millones de años luz de distancia. Pero, ¿qué pasa con los agujeros negros de tamaño mediano entre estos extremos?

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Cuando se presentan candidatos para un agujero negro de masa media, esto suele ser posible a través de evidencia que implica un objeto de su descripción gravitacional y masiva. Los agujeros negros supermasivos atraen tantas cosas brillantes que son fáciles de ver, y los agujeros negros con masa de estrellas a menudo están orbitados por estrellas. Los agujeros negros medianos permanecen en la sombra, pero si se estudian más a fondo, podrían explicar cómo los agujeros negros más grandes se volvieron tan grandes y cuántos agujeros negros podría haber en total.

“A los de nuestra galaxia no se les permite acumular gas donde sea que estén, por lo que o flotan libremente a través del espacio sin que nada caiga sobre ellos y los haga brillar, o están en el centro de cúmulos globulares y estarán protegidos de las estrellas”. dijo James Paynter, astrofísico de la Universidad de Melbourne, Australia, en una videollamada. “Dondequiera que estén estos agujeros negros de masa media, no hacen nada que traicione el hecho de que están allí”.

Un agujero negro simulado y su disco de acreción.  (Imagen: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA / Jeremy Schnittman, uso legítimo)Un agujero negro simulado y su disco de acreción. (Imagen: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA / Jeremy Schnittman, uso legítimo)

Al observar el conjunto de datos de Compton con miles de ráfagas de rayos gamma observadas, el equipo de Paynter ejecutó un script automatizado a través de cada ráfaga en busca de ráfagas consecutivas rápidas, casi idénticas. Esta firma indicaría que ocurrió una sola erupción pero viajó dos caminos para orbitar un objeto enorme en el cosmos. (Imagínese dos corrientes de agua fluyendo río abajo alrededor de una roca). Esto daría como resultado que la explosión de rayos gamma se registrara dos veces, pero los datos serían muy similares. Sería un ejemplo de una “lente gravitacional” donde la gravedad extrema de un objeto en el cosmos dobla la luz alrededor de sí mismo.

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El equipo encontró solo un brote que encajaba en el cálculo, un doble golpe de rayos gamma cada milisegundo. Las propiedades del evento de la lente permitieron al equipo aproximarse a la masa del objeto que lo causó. Dijeron que podrían haber sido solo algunas cosas: un cúmulo globular (un nudo de estrellas muy unido), un halo de materia oscura (básicamente un aura de gravedad invisible que se extiende más allá de un objeto masivo) o un agujero negro. Eliminaron los dos primeros como posibilidades, dejando un agujero negro de masa media como el principal sospechoso de la lente.

Tod Strohmayer, un astrofísico del Goddard Space Flight Center de la NASA que no está afiliado al nuevo artículo, dijo que los estallidos de rayos gamma “vienen en dos sabores”. Algunos son relativamente largos, duran entre decenas y cientos de segundos, mientras que otros solo duran milisegundos. El hecho de que este estalló estaba en el último grupo, pero sucedió dos veces, lo que indica un evento de lente, dijo.

“Es un hallazgo interesante porque se ajusta a lo que cabría esperar si en realidad fuera un evento de lente gravitacional”, dijo Strohmayer en una llamada telefónica. “Está de acuerdo con esa interpretación, pero en este momento hay un indicio de que podría ser … tendrías que estar viendo muchos estallidos de rayos gamma si vieras más de ellos”.

Los astrónomos que buscan un agujero negro pueden haber encontrado un escuadrón completo

A unos 7.800 años luz de distancia, en nuestro vecindario galáctico, se encuentra el cúmulo globular NGC 6397, básicamente un paquete de estrellas unidas por la gravedad. Anteriormente se creía que este cúmulo de estrellas tenía un agujero negro de tamaño mediano en su centro. Pero después de un examen más detenido, un equipo del Instituto de París …

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Los agujeros negros medianos son importantes porque no sabemos cómo los agujeros negros supermasivos se vuelven tan grandes. Pueden ser supermasivos desde el principio, surgidos del universo primordial, o pueden ser agujeros negros intermedios que acumulan materia y aumentan de tamaño. También podrían surgir cuando los agujeros negros intermedios, que a su vez se originan en el universo primordial, se fusionan entre sí y se funden en los gigantes con los que estamos familiarizados hoy. Este documento no resuelve el rompecabezas, pero abre un nuevo e intrigante medio de ampliar nuestra muestra de agujero negro de tamaño mediano. Con nuevos candidatos para agujeros negros de masa media, los astrofísicos tienen nuevas formas de estudiar lo que ha resultado en los objetos más grandes del universo que se formaron hace mucho tiempo y su masa es confusa.

Un desarrollo útil, dijo Strohmayer, sería si se añadiera un agujero negro de masa media con una estrella compañera en órbita. Esto ayudaría a confirmar el estado de cualquiera de estos objetos candidatos como genuino. Afortunadamente, el Observatorio Compton detectó el brote de eco, pero desafortunadamente fue una pieza de tecnología anterior al milenio. Con la resolución que estaba operando, el observatorio no podía decir de dónde venía la erupción en el universo, solo que estaba llegando.

Entonces, la señal recibida en 1995 es tentadora. En algún lugar, algo grande, forzó la luz a su alrededor, mostrándonos otro posible agujero negro acechando en el medio. El equipo de Paynter solo ha analizado aproximadamente una cuarta parte de los datos del observatorio, por lo que se pueden seleccionar más eventos.

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