A estos agujeros negros los llamamos «errantes», y son en gran parte teóricos porque son difíciles (pero no imposibles) de observar y, por lo tanto, de cuantificar. Pero un nuevo conjunto de simulaciones permitió a un equipo de científicos averiguar cuántos vagabundos debe haber y su paradero, lo que, a su vez, podría ayudarnos a identificarlos en el Universo.
Esto podría tener implicaciones importantes para nuestra comprensión de cómo se forman y crecen los agujeros negros supermasivos (monstruos de millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol), un proceso que está envuelto en un misterio.
Los cosmólogos creen que los agujeros negros supermasivos (SMBH) residen en los núcleos de todas, o al menos la mayoría, de las galaxias del Universo. Las masas de estos objetos son generalmente más o menos proporcionales a la masa de la protuberancia galáctica central a su alrededor, lo que sugiere que la evolución del agujero negro y su galaxia están vinculadas de alguna manera.
Pero las vías hacia la formación de agujeros negros supermasivos no están claras. Sabemos que los agujeros negros de masa estelar se forman a partir del colapso del núcleo de estrellas masivas, pero este mecanismo no funciona para agujeros negros que tienen más de 55 veces la masa del Sol.
Los astrónomos piensan que las SMBH crecen a través de la acumulación de estrellas, gas y polvo, y se fusionan con otros agujeros negros (muy gruesos en los núcleos de otras galaxias cuando esas galaxias chocan).
Pero las escalas de tiempo cosmológicas son muy diferentes de las escalas de tiempo humanas, y el proceso de colisión de dos galaxias puede llevar mucho tiempo. Esto hace que la ventana potencial para que se detenga la fusión sea bastante grande, y el proceso podría retrasarse o incluso evitarse por completo, dando como resultado estos agujeros negros ‘errantes’.
Un equipo de astrónomos dirigido por Angelo Ricarte del Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics utilizó simulaciones cosmológicas de Romulus para estimar con qué frecuencia esto podría haber sucedido en el pasado y cuántos agujeros negros todavía estarían errantes en la actualidad.
Estas simulaciones rastrean de manera autoconsistente la evolución orbital de pares de agujeros negros supermasivos, lo que significa que pueden predecir qué agujeros negros es probable que alcancen el centro de su nuevo hogar galáctico y cuánto tiempo debería tomar este proceso, así como cuántos nunca. ir allí.
«Romulus predice que muchos agujeros negros supermasivos binarios se forman después de varios miles de millones de años de evolución orbital, mientras que algunos SMBH nunca llegarán al centro», escribieron los investigadores en su artículo.
«Como resultado, se encontró que las galaxias masivas de la Vía Láctea en Romulus albergan un promedio de 12 agujeros negros supermasivos, que normalmente deambulan por el halo lejos del centro galáctico».
En el Universo temprano, antes de unos 2 mil millones de años después del Big Bang, el equipo descubrió que los vagabundos superan en número y eclipsan los agujeros negros supermasivos en los núcleos galácticos. Esto significa que producirían la mayor parte de la luz que esperaríamos ver brillar del material alrededor de las SMBH activas, brillando intensamente a medida que orbita y se acumula en el agujero negro.
Permanecen cerca de la masa de su semilla, es decir, la masa en la que se formaron, y probablemente se originen en galaxias satélites más pequeñas que orbitan alrededor de otras más grandes.
Y algunos vagabundos todavía deberían estar presentes hoy, según las simulaciones. En el Universo local, debe haber algunos por ahí.
«Encontramos que el número de agujeros negros errantes es casi lineal con la masa del halo, por lo que esperamos miles de agujeros negros errantes en los halos de los cúmulos de galaxias», escribieron los investigadores.
«A nivel local, estos vagabundos representan alrededor del 10 por ciento del presupuesto masivo del agujero negro local, una vez que se contabilizan las masas de semillas».
Estos agujeros negros pueden no estar necesariamente activos y, por lo tanto, serían muy difíciles de detectar. En un próximo artículo, el equipo explorará en detalle las posibles formas de detectar a estos vagabundos perdidos.
Así que todo lo que tenemos que hacer es encontrar la masa estelar perdida y los agujeros negros de masa intermedia …
