Usando un nuevo modelo de computadora, los astrónomos han determinado que el agujero negro en el centro de la galaxia M87 es al menos dos veces más grande de lo que se pensaba anteriormente. Con un peso de 6.400 millones de veces la masa del Sol, es el agujero negro más masivo hasta ahora medido, y este nuevo modelo sugiere que las masas de agujeros negros aceptadas en otras grandes galaxias cercanas pueden estar separadas en cantidades similares. Esto tiene consecuencias para las teorías de cómo se forman y crecen las galaxias, e incluso podría resolver una paradoja astronómica de larga data.
Los astrónomos Karl Gebhardt de la Universidad de Texas en Austin y Jens Thomas del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre detallaron sus hallazgos el lunes en la conferencia de la American Astronomical Society en Pasadena, California.
Para tratar de entender cómo se forman y crecen las galaxias, los astrónomos comienzan hoy con información básica sobre las galaxias, como de qué están hechas, qué tan grandes son y cuánto pesan. Los astrónomos miden esta última categoría, la masa de galaxias, registrando la velocidad de las estrellas que orbitan dentro de la galaxia.
Los estudios de la masa total son importantes, dijo Thomas, pero “el punto crucial es determinar si la masa está en el agujero negro, las estrellas o el halo oscuro. Tienes que ejecutar un modelo sofisticado para poder descubrir cuál es cuál. Cuantos más componentes tenga, más complicado será el modelo ".
Para modelar M87, Gebhardt y Thomas utilizaron una de las supercomputadoras más poderosas del mundo, el sistema Lonestar de la Universidad de Texas en el Centro de Computación Avanzada de Texas de Austin. Lonestar es un clúster de Dell Linux con 5,840 núcleos de procesamiento y puede realizar 62 billones de operaciones de punto flotante por segundo. (La computadora portátil de primera línea de hoy en día tiene dos núcleos y puede realizar hasta 10 mil millones de operaciones de punto flotante por segundo).
El modelo de M87 de Gebhardt y Jens fue más complicado que los modelos anteriores de la galaxia, porque además de modelar sus estrellas y agujero negro, tiene en cuenta el "halo oscuro" de la galaxia, una región esférica que rodea una galaxia que se extiende más allá de su principal estructura visible, que contiene la misteriosa "materia oscura" de la galaxia.
"En el pasado, siempre hemos considerado que el halo oscuro es significativo, pero tampoco teníamos los recursos informáticos para explorarlo", dijo Gebhardt. “Antes solo podíamos usar estrellas y agujeros negros. Mezcle el halo oscuro, se vuelve demasiado costoso computacionalmente, tiene que ir a las supercomputadoras ”.
El resultado de Lonestar fue una masa para el agujero negro de M87 varias veces más de lo que los modelos anteriores han encontrado. "No lo esperábamos en absoluto", dijo Gebhardt. Él y Jens simplemente querían probar su modelo en "la galaxia más importante que existe", dijo.
Extremadamente masivo y convenientemente cercano (en términos astronómicos), M87 fue una de las primeras galaxias sugeridas para albergar un agujero negro central hace casi tres décadas. También tiene una luz de disparo activa del núcleo de la galaxia a medida que la materia gira más cerca del agujero negro, lo que permite a los astrónomos estudiar el proceso por el cual los agujeros negros atraen la materia. Todos estos factores hacen que M87 sea "el ancla para los estudios de agujeros negros supermasivos", dijo Gebhardt.
Estos nuevos resultados para M87, junto con sugerencias de otros estudios recientes y sus propias observaciones recientes del telescopio (publicaciones en preparación), lo llevan a sospechar que todas las masas de agujeros negros para las galaxias más masivas están subestimadas.
Esa conclusión "es importante por cómo los agujeros negros se relacionan con las galaxias", dijo Thomas. "Si cambias la masa del agujero negro, cambias la forma en que el agujero negro se relaciona con la galaxia". Existe una estrecha relación entre la galaxia y su agujero negro que permitió a los investigadores investigar la física de cómo crecen las galaxias a lo largo del tiempo cósmico. El aumento de las masas de agujeros negros en las galaxias más masivas hará que esta relación sea reevaluada.
Las masas más altas para los agujeros negros en las galaxias cercanas también podrían resolver una paradoja con respecto a las masas de los cuásares: agujeros negros activos en los centros de galaxias extremadamente distantes, vistas en una época cósmica mucho más temprana. Los cuásares brillan intensamente cuando el material entra en espiral, emitiendo abundante radiación antes de cruzar el horizonte de eventos (la región más allá de la cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar).
"Existe un problema de larga data en que las masas de los agujeros negros del cuásar eran muy grandes: 10 mil millones de masas solares", dijo Gebhardt. “Pero en las galaxias locales, nunca vimos agujeros negros tan masivos, no cerca. Antes se sospechaba que las masas del cuásar estaban equivocadas ”, dijo. Pero "si aumentamos la masa de M87 dos o tres veces, el problema casi desaparece".
Las conclusiones de hoy están basadas en modelos, pero Gebhardt también ha realizado nuevas observaciones telescópicas de M87 y otras galaxias utilizando nuevos instrumentos poderosos en el Telescopio Gemini Norte y el Telescopio Muy Grande del Observatorio Europeo Austral. Dijo que estos datos, que se enviarán pronto para su publicación, respaldan las conclusiones actuales basadas en modelos sobre la masa de agujeros negros.
Para futuras observaciones de telescopios de halos oscuros galácticos, Gebhardt señala que un instrumento relativamente nuevo en el Observatorio McDonald de la Universidad de Texas en Austin es perfecto. "Si necesita estudiar el halo para obtener la masa del agujero negro, no hay mejor instrumento que VIRUS-P", dijo. El instrumento es un espectrógrafo. Separa la luz de los objetos astronómicos en sus longitudes de onda componentes, creando una firma que se puede leer para averiguar la distancia, velocidad, movimiento, temperatura y más de un objeto.
VIRUS-P es bueno para los estudios de halo porque puede tomar espectros sobre un área muy grande del cielo, lo que permite a los astrónomos alcanzar niveles de luz muy bajos a grandes distancias desde el centro de la galaxia donde el halo oscuro es dominante. Es un prototipo, construido para probar la tecnología en el espectrógrafo VIRUS más grande para el próximo Experimento de Energía Oscura del Telescopio Hobby-Eberly (HETDEX).
Fuentes: AAS, Observatorio McDonald
