¿Los grandes agujeros negros deambulan por la galaxia?

Un nuevo trabajo de simulación sugiere que las galaxias como la Vía Láctea podrían albergar una docena de agujeros negros supermasivos.

Un gigantesco agujero negro se encuentra en el centro de la Vía Láctea. Lo mismo ocurre con la mayoría de las galaxias grandes del universo. Cuando no están comiendo gas y estrellas o arrojando chorros de plasma, estos agujeros negros permanecen relativamente silenciosos.

Imagen generada por computadora de un agujero negro que causa distorsiones en la luz circundante.
Alain Riazuelo

Pero no siempre se quedan en el centro. Cuando las galaxias se fusionan, sus gases y estrellas se redistribuyen, y sus agujeros negros supermasivos pueden encontrarse con un aviso de desalojo, capturados por la gravedad de la otra galaxia. Con el tiempo, los encuentros gravitacionales pueden enviar el agujero negro hacia el centro de la galaxia.

Sin embargo, los astrónomos se han dado cuenta cada vez más de que cuando las galaxias se fusionan, los agujeros negros no siempre migran al núcleo. De hecho, solo una pequeña fracción de las fusiones creará finalmente pares cercanos de agujeros negros centrales. El problema es especialmente grave cuando una de las galaxias es mucho más pequeña (menos de una décima de masa) que la otra: los componentes de la galaxia más pequeña pueden tardar más que la edad del universo en hundirse en la gran galaxia. Núcleo de s.

Por implicación, entonces, las grandes galaxias deberían albergar una gran cantidad de núcleos galácticos despojados y sus agujeros negros. Dependiendo de cuán pequeño sea un agujero negro que consideremos, los astrónomos han estimado que docenas de ellos podrían estar al acecho en las galaxias. ¿Cuántos podría tener un sistema como la Vía Láctea?

Un montón de agujeros negros

Para comprender mejor lo que está sucediendo en este proceso, Michael Tremmel (Yale) y sus colegas analizaron cuidadosamente cómo se moverían estos agujeros negros errantes durante miles de millones de años. El equipo utilizó el conjunto de simulaciones Romulus de alta potencia, que sigue el crecimiento de la estructura cósmica en un cubo de espacio computarizado de unos 80 millones de años luz de lado. En las simulaciones, los astrónomos observaron el desarrollo de galaxias en masa de la Vía Láctea y su interacción con sus metrópolis estelares desde poco después del nacimiento del universo hasta hoy. La larga línea de tiempo es crucial porque las fusiones de galaxias fueron mucho más comunes en los primeros miles de millones de años de historia cósmica.

Se muestran dos de las galaxias simuladas que estudió el equipo, que se muestran de lado (izquierda) y de frente. Los puntos blancos marcan los agujeros negros supermasivos y las flechas la dirección y la magnitud de su velocidad con respecto al centro galáctico. Como puede ver, los agujeros negros tienden a quedar fuera del disco.
Tremmel M., Governato F., Volonteri M., Pontzen A., Quinn TR, 2018, The Astrophysical Journal Letters 2018, 857, L22

Cuando dos galaxias se unieron en las simulaciones, el agujero negro de la galaxia más pequeña quedó atrapado en los confines de la galaxia más grande. Después de eso, se considera un habitante de la galaxia más grande, incluso si no está incrustado en su disco espiral. Como informa el equipo en las Cartas Astrofísicas del 20 de abril, las 26 galaxias en masa de la Vía Láctea que siguieron los investigadores terminaron con un promedio de 12 agujeros negros supermasivos cada una. Cinco de los agujeros negros (de nuevo, en promedio) se encuentran aproximadamente tan lejos de los centros como se extienden los discos.

El equipo descubrió que las galaxias recogieron sus agujeros negros temprano, en algunos casos dentro de los primeros miles de millones de años de su existencia, antes de que sus espirales icónicas se formaran por completo. Uno podría pensar que, con todo ese tiempo libre, los agujeros negros se habrían hundido durante mucho tiempo en los centros de sus galaxias. Pero solo algunos lo hicieron. Cuando una fusión depositó un agujero negro cerca del plano del disco de la galaxia, tenía muchas estrellas y gas para interactuar gravitacionalmente y hundirse en el núcleo con bastante rapidez. Los que sobrevivieron como nómadas, sin embargo, siguieron órbitas que los mantuvieron muy por encima o por debajo de los discos de las galaxias, donde hay pocas estrellas o gases. Por lo tanto, los agujeros negros nunca perdieron su energía orbital y nunca migraron hacia el núcleo, un resultado que concuerda con el trabajo anterior.

Pero no se asuste

Entonces, ¿la Vía Láctea tiene agujeros negros gigantes "extra"? Eso es difícil de decir. Observaciones recientes han insinuado que un agujero negro de tamaño medio, más pequeño que los explorados aquí, podría estar haciendo compañía central de nuestra galaxia, pero otros astrónomos dudan del resultado. Los datos preliminares de Gaia también sugirieron que la Vía Láctea no ha engullido nada más grande que la Gran Nube de Magallanes en los últimos 9 mil millones de años. Entonces, si están ahí afuera, han estado allí por mucho tiempo.

Si hay antiguos vagabundos, no pasarían mucho tiempo en el disco espiral esponjoso, por lo que probablemente no tengan mucho gas para acumular. Sin una fuente de alimento, serían en gran medida invisibles. Si todavía estuvieran rodeados por un remanente de su antigua galaxia, eso ayudaría, pero la búsqueda de tales objetos no ha dado ningún ejemplo concluyente. El equipo está trabajando en formas de buscarlos.

Si termino este blog con una nota sensacionalista, agregaré que no hay razón para temer que un agujero negro supermasivo merodeador nos tenga en la mira. El equipo estima que nuestro sistema solar se encontraría con uno de estos vagabundos cada 100 mil millones de años más o menos. Eso es casi 10 veces la edad del universo. Así que salvo un encuentro extrañamente improbable, estamos a salvo.

Referencia: M. Tremmel et al. "Agujeros negros supermasivos errantes en halo de masas de la Vía Láctea". Astrophysical Journal Letters . 20 de abril de 2018.