Perdido un agujero negro 10.000 millones de veces más masivo que el Sol

Utilizando los datos de Chandra obtenidos en 1999 y 2004, los astrónomos ya habían buscado en el centro de Abell 2261 signos de un agujero negro supermasivo. Iban a la caza de material que se había sobrecalentado mientras caía hacia el agujero negro y producía rayos X, pero no detectaron tal fuente.

Ahora, con observaciones nuevas y más largas de Chandra obtenidas en 2018, un equipo dirigido por Kayhan Gultekin de la Universidad de Michigan realizó una búsqueda más profunda del agujero negro en el centro de la galaxia. También consideraron una explicación alternativa, en la que el agujero negro fue expulsado tras la fusión de dos galaxias, cada una con su propio agujero, para formar la galaxia observada.

Cuando los agujeros negros se fusionan, producen ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales. Si la gran cantidad de ondas gravitacionales generadas por tal evento fueran más fuertes en una dirección que en otra, la teoría predice que el nuevo agujero negro, aún más masivo, habría sido enviado a toda velocidad desde el centro de la galaxia en la dirección opuesta. A esto se le llama agujero negro en retroceso.

Los astrónomos no han encontrado evidencia definitiva del retroceso de los agujeros negros y no se sabe si los supermasivos se acercan lo suficiente entre sí para producir ondas gravitacionales y fusionarse. Hasta ahora, solo han verificado las fusiones de objetos mucho más pequeños. El hallazgo de uno más grande en retroceso animaría a los científicos en la búsqueda de ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros supermasivos.

Los científicos creen que esto podría haber ocurrido en el centro de Abell 2261 por dos signos indirectos. Primero, los datos de las observaciones ópticas del Hubble y el telescopio Subaru revelan un núcleo galáctico, la región central donde la cantidad de estrellas en la galaxia tiene un valor máximo, mucho más grande de lo esperado, para una galaxia de su tamaño. La segunda señal es que la concentración más densa de estrellas en la galaxia está a más de 2.000 años luz del centro, sorprendentemente distante.

Durante una fusión, el agujero negro supermasivo de cada galaxia se hunde hacia el centro de la galaxia recién fusionada. Si se unen entre sí por la gravedad y su órbita comienza a encogerse, se espera que los agujeros negros interactúen con las estrellas circundantes y las expulsen del centro de la galaxia. Esto explicaría el gran núcleo de Abell 2261.

La concentración descentrada de estrellas también puede haber sido causada por un evento violento como la fusión de dos agujeros negros supermasivos y el posterior retroceso de un solo agujero negro más grande resultante.

Aunque hay indicios de que se produjo una fusión de agujeros negros, ni los datos de Chandra ni del Hubble mostraron evidencia del agujero negro en sí. Los investigadores habían utilizado previamente el Hubble para buscar un grupo de estrellas que podrían haber sido arrastradas por un agujero negro en retroceso. Estudiaron tres grupos cerca del centro de la galaxia y examinaron si los movimientos de las estrellas en estos grupos son lo suficientemente altos como para sugerir que contienen un agujero negro de 10.000 millones de masas solares. No se encontraron evidencias clara sde un agujero negro en dos de los grupos y las estrellas en el otro eran demasiado débiles para producir conclusiones útiles.

También estudiaron previamente las observaciones de Abell 2261 con Karl G. Jansky Very Large Array de NSF. La emisión de radio detectada cerca del centro de la galaxia sugirió que la actividad de un agujero negro supermasivo había ocurrido allí hace 50 millones de años, pero eso no indica que el centro de la galaxia contenga actualmente tal agujero negro.

Luego se dirigieron a Chandra para buscar material que se hubiera sobrecalentado y producido rayos X mientras caía hacia el agujero negro. Si bien los datos revelaron que el gas caliente más denso no estaba en el centro de la galaxia, tampoco lo mostraron ni en el centro del cúmulo ni en ninguno de los grupos de estrellas. Los autores concluyeron que o no hay un agujero negro en ninguno de estos lugares, o que está atrayendo material demasiado lentamente para producir una señal de rayos X detectable.

El misterio de la ubicación de este gigantesco agujero negro continúa. Aunque la búsqueda no tuvo éxito, los astrónomos esperan que el telescopio espacial James Webb puede revelar su presencia. Si Webb no puede encontrarlo, entonces la mejor explicación es que el agujero negro se ha alejado bastante del centro de la galaxia.