En 2025, diferentes telescopios de la NASA ayudaron a los científicos a buscar en el cielo agujeros negros supermasivos, aquellos que tienen hasta miles de millones de veces una masa mayor que la de nuestro Sol. Este sondeo del cielo es único porque había la misma probabilidad de encontrar agujeros negros masivos que están ocultos detrás de gruesas nubes de gas y polvo como aquellos que no lo están.
Los astrónomos piensan que todas las galaxias grandes del universo tienen un agujero negro supermasivo en su centro. Pero poner a prueba esta hipótesis es difícil porque los investigadores no tienen la esperanza de poder contar los miles de millones o incluso millones de millones de agujeros negros supermasivos que se cree que existen en el universo. En cambio, tienen que hacer una extrapolación a partir de muestras más pequeñas para aprender sobre la población más grande. Por lo tanto, medir con precisión la proporción de agujeros negros supermasivos que están ocultos en una muestra determinada ayuda a los científicos a estimar mejor la cantidad total de agujeros negros supermasivos que hay en el universo.
El estudio, publicado en la revista científica Astrophysical Journal, encontró que alrededor del 35% de los agujeros negros supermasivos están muy oscurecidos, lo que significa que las nubes de gas y polvo que los rodean son tan gruesas que bloquean incluso la luz de rayos X de baja energía. En búsquedas comparables se ha encontrado previamente que menos del 15% de los agujeros negros supermasivos están tan oscurecidos. Los científicos piensan que la verdadera proporción debería estar más cerca de 50-50, según los modelos de cómo crecen las galaxias. Si las observaciones continúan indicando que bastante menos de la mitad de los agujeros negros supermasivos están ocultos, los científicos tendrán que ajustar algunas de sus ideas clave sobre estos objetos y el papel que desempeñan en la formación de las galaxias.
Un tesoro escondido
Aunque los agujeros negros son inherentemente oscuros (ni siquiera la luz puede escapar de su gravedad), también pueden ser algunos de los objetos más brillantes del universo. Cuando el gas es atraído dentro de la órbita alrededor de un agujero negro supermasivo —como el agua que da vueltas alrededor de un desagüe— la gravedad extrema crea una fricción y un calor tan intensos que el gas alcanza cientos de miles de grados de temperatura, produciendo una radiación tan brillante que puede eclipsar a todas las estrellas de la galaxia a su alrededor.
Las nubes de gas y polvo que rodean y alimentan su brillante disco central pueden adoptar la forma aproximada de un toroide anular o rosquilla. Si el agujero de la rosquilla está orientado hacia la Tierra, el brillante disco central dentro de él es visible; si la rosquilla es vista de perfil, el disco queda oscurecido.
La mayoría de los telescopios pueden identificar con bastante facilidad los agujeros negros supermasivos cuando estos son observados de frente, pero no los que están orientados de perfil. Sin embargo, hay una excepción a esto que los autores del artículo científico aprovecharon: el toroide absorbe la luz de la fuente central y reemite luz de menor energía en el rango de luz infrarroja (longitudes de onda ligeramente más largas que las que nuestros ojos pueden detectar). Esencialmente, las rosquillas brillan en el espectro infrarrojo.
Estas longitudes de onda de luz fueron detectadas por el Satélite Astronómico Infrarrojo de la NASA (IRAS, por sus siglas en inglés) el cual estuvo operativo durante 10 meses en 1983 y fue gestionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA en el sur de California. IRAS, un telescopio de sondeo que generó imágenes de todo el cielo, podía ver las emisiones infrarrojas de las nubes que rodean a los agujeros negros supermasivos. Y, lo que es más importante, pudo detectar agujeros negros de perfil y de frente por igual.
IRAS captó cientos de objetivos iniciales. Algunos de ellos resultaron no ser agujeros negros muy oscurecidos, sino galaxias con altas tasas de formación estelar que emiten un resplandor infrarrojo similar. Por ello, los autores del estudio utilizaron telescopios terrestres que observan luz visible para identificar esas galaxias y distinguirlas de los agujeros negros ocultos.
Para confirmar la existencia de agujeros negros de perfil muy oscurecidos, los investigadores confiaron en el Conjunto de Telescopios Espectroscópicos Nucleares (NuSTAR, por sus siglas en inglés) de la NASA, un observatorio de rayos X que también es gestionado por JPL. Los rayos X son irradiados por algunos de los materiales más calientes que rodean un agujero negro. Los rayos X de baja energía son absorbidos por las nubes de gas y polvo circundantes, mientras que los rayos X de mayor energía observados por NuSTAR pueden penetrar las nubes y dispersarse fuera de ellas. La detección de estos rayos X puede llevar horas de observación, por lo que los científicos que trabajan con NuSTAR primero necesitan un telescopio como IRAS que les diga dónde mirar.
“Me sorprende ver lo útiles que fueron IRAS y NuSTAR para este proyecto, especialmente a pesar de que IRAS estuvo en funcionamiento hace más de 40 años”, dijo el líder del estudio, Peter Boorman, quien es astrofísico en Caltech en Pasadena, California. “Creo que esto demuestra el valor patrimonial de los archivos de los telescopios y el beneficio de utilizar varios instrumentos y longitudes de onda en conjunto”.
Una ventaja numérica
Determinar el número de agujeros negros ocultos en comparación con los que no están ocultos puede ayudar a los científicos a comprender cómo estos agujeros negros se vuelven tan grandes. Si crecen al consumir material, entonces una cantidad significativa de agujeros negros deberían estar rodeados de nubes espesas y potencialmente oscurecidos. Boorman y los coautores dicen que su estudio respalda esta hipótesis.
Además, los agujeros negros influyen en las galaxias en las que habitan, principalmente al afectar la forma en que crecen las galaxias. Esto sucede porque los agujeros negros rodeados de nubes masivas de gas y polvo pueden consumir grandes cantidades de material, pero no cantidades infinitas. Si cae demasiado material hacia un agujero negro a la vez, el agujero negro comienza a “toser” el material excedente y lo dispara de vuelta a la galaxia. Eso puede dispersar las nubes de gas dentro de la galaxia donde se están formando las estrellas, desacelerando la velocidad de formación estelar que se produce allí.
“Si no tuviéramos agujeros negros, las galaxias serían mucho más grandes”, dijo Poshak Gandhi, profesor de astrofísica en la Universidad de Southampton en el Reino Unido y coautor del estudio. “De modo que, si no tuviéramos un agujero negro supermasivo en nuestra galaxia, la Vía Láctea, podría haber muchas más estrellas en el cielo. Ese es solo un ejemplo de cómo los agujeros negros pueden influir en la evolución de una galaxia”.
Más acerca de NuSTAR
NuSTAR es una misión del programa Small Explorers (Pequeños Exploradores) dirigida por Caltech y gestionada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) en el sur de California para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington, y fue desarrollado en asociación con la Universidad Técnica de Dinamarca y la Agencia Espacial Italiana (ASI, por sus siglas en italiano). La nave espacial fue construida por Orbital Sciences Corp. en Dulles, Virginia. El centro de operaciones de la misión NuSTAR se encuentra en la Universidad de California en Berkeley y el archivo de datos oficiales se encuentra en el Centro de Investigación del Archivo Científico de Astrofísica de Alta Energía en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. La ASI proporciona la estación terrestre de la misión y un duplicado del archivo de datos. Caltech gestiona JPL para la NASA.
Para obtener más información sobre NuSTAR, visita el sitio web (en inglés):
Read this story in English here.
