Encuentran, por fin, al 'eslabón perdido' de los agujeros negros

Pero ahora un nuevo estudio dirigido por Maximilian Häberle, del Instituto Max Planck de Astronomía, y publicado en la revista 'Nature', ha confirmado lo que los astrónomos ya sospechaban desde hace tiempo: Omega Centauri, que se encuentra a unos 18.000 años luz de la Tierra, tiene un agujero negro en el centro. Y no uno cualquiera, sino lo que parece ser el 'eslabón perdido' de los agujeros negros. Atrapado en una etapa intermedia de su evolución, es considerablemente más pequeño y menos masivo que sus parientes que residen en los centros galácticos. Los científicos creen que Omega Centauri podría ser el núcleo central de una pequeña galaxia cercana a la nuestra y cuya evolución se vio truncada cuando la Vía Láctea se la tragó.

En astronomía, los agujeros negros tienen diferentes rangos de masa. Por un lado están los 'estelares', de entre una y varias decenas de masas solares, formados a partir del colapso gravitatorio de estrellas muy masivas. Por otro están los agujeros negros supermasivos que hay en los centros de la mayoría de las galaxias, con masas de millones o incluso miles de millones de soles. Pero nuestra imagen actual de la evolución galáctica postula que las primeras galaxias deberían haber tenido agujeros negros centrales de tamaño intermedio, que habrían crecido después con el tiempo a medida que esas galaxias evolucionaron, engullendo galaxias más pequeñas (como lo ha hecho nuestra Vía Láctea) o fusionándose con galaxias más grandes.

Sin embargo, estos agujeros negros de tamaño intermedio han resultado ser muy difíciles de encontrar. Galaxias como la nuestra, por ejemplo, hace ya mucho tiempo que superaron esa fase intermedia y ahora contienen agujeros negros centrales mucho más grandes. Y las galaxias que han permanecido pequeñas, llamadas 'galaxias enanas' generalmente resultan difíciles de observar. De hecho, con la tecnología disponible, las observaciones de sus regiones centrales suponen un auténtico desafío para los astrónomos. Y aunque hay candidatos prometedores, hasta ahora nadie ha conseguido aún detectar de forma definitiva un agujero negro de masa intermedia.

Y aquí es donde Omega Centauri se convierte en algo especial, porque si es cierto que alguna vez fue el núcleo de una galaxia separada que luego se fusionó con la Vía Láctea y lo perdió todo excepto su lote central de estrellas, el núcleo galáctico restante y su agujero negro central habrían permanecido desde entonces 'congelados en el tiempo', ya que no habrá más fusiones ni tampoco ninguna otra forma de que el agujero negro central siga creciendo. En otras palabras, el agujero negro conservaría el tamaño que tenía cuando Omega Centauri fue tragado por la Vía Láctea. Sería, pues, un agujero negro de masa intermedia que permitiría, por primera vez, observar el eslabón perdido entre los primeros agujeros negros de baja masa y los posteriores agujeros negros supermasivos.

Para comprobar esta hipótesis, sin embargo, es necesario primero detectar con toda certeza un agujero negro central en Omega Centauri, algo que hasta ahora había eludido a los astrónomos. Si bien había evidencia de modelos a gran escala del movimiento de las estrellas en el cúmulo, esa evidencia dejaba lugar a dudas: tal vez no había ningún agujero negro central. Ahora esas dudas se han despejado.

Cuando Nadine Neumayer, líder de grupo del Instituto Max Planck de Astronomía, y Anil Seth, de la Universidad de Utah, diseñaron un proyecto de investigación destinado a mejorar la comprensión de la historia de la formación de Omega Centauri en 2019, se dieron cuenta de que había una oportunidad para resolver de una vez por todas la cuestión del agujero negro central del cúmulo: solo había que encontrar la manera de identificar a las estrellas que se mueven rápidamente alrededor de él. Lo cual delataría lapresencia del agujero negro y, lo más importante, permitiría medir su masa.

La ardua búsqueda pasó a ser tarea de Maximilian Häberle, estudiante de doctorado en el Instituto Max-Planck de Astronomía, que dirigió la difícil labor de crear un enorme catálogo de los movimientos de las estrellas en Omega Centauri, midiendo las velocidades de 1,4 millones de estrellas mediante el estudio de más de 500 imágenes del cúmulo hechas por el Telescopio Espacial Hubble. La mayoría de esas imágenes se tomaron con el propósito de calibrar los instrumentos del Hubble más que para uso científico, pero gracias a sus vistas siempre repetidas de Omega Centauri, resultaron ser el conjunto de datos ideal para los esfuerzos de investigación del equipo.

«Buscar estrellas de alta velocidad y documentar su movimiento -recuerda Häberle- fue como buscar una aguja en un pajar». Pero al final el investigador no sólo consiguió el catálogo más completo de movimientos de las estrellas en Omega Centauri (publicado en un artículo aparte). También había encontrado no una, sino siete 'agujas' en el pajar: siete estrellas reveladoras que se movían rápidamente en una pequeña región del centro de Omega Centauri.

Quedó claro que el rápido movimiento de esas estrellas se debía a la presencia de una gran masa cercana. Con una sola estrella, habría sido imposible saber si era rápida solo porque la masa central era grande, o si su velocidad se debía a que la estrella estaba muy cerca de esa masa central, o incluso si la estrella, simplemente, volaba en línea recta, sin masa central alguna. Pero siete estrellas veloces, con diferentes velocidades y direcciones de movimiento, permitieron a Häberle y sus colegas separar los diferentes efectos y determinar que, efectivamente, había 'algo' justo en el centro de Omega Centauri, algo con una masa de por lo menos 8.200 soles. Y como cabría esperar para un agujero negro, las imágenes del Hubble no mostraban ningún objeto visible en ese punto.

Un análisis más amplio no sólo permitió a Häberle determinar con precisión las velocidades de sus siete estrellas de alta velocidad, sino que también localizó el lugar en el que se encuentra la región central, de tres meses luz de diámetro (en las imágenes, tres segundos de arco), dentro de Omega Centauri. La observación de siete de estas estrellas, evidentemente, no puede ser una pura coincidencia y no deja lugar a dudas sobre la presencia de un agujero negro.

Según Neumayer, «estudios anteriores ya habían suscitado preguntas críticas como: '¿Dónde están entonces las estrellas de alta velocidad?' Ahora tenemos una respuesta a eso y la confirmación de que Omega Centauri realmente contiene un agujero negro de masa intermedia. A una distancia de unos 18.000 años luz, este es el ejemplo más cercano conocido de un agujero negro masivo».

Tras el descubrimiento, Neumayer, Häberle y sus colegas planean ahora examinar con más detalle el centro de Omega Centauri. Ya cuentan con la aprobación necesaria para utilizar el Telescopio Espacial James Webb, y ya se están construyendo instrumentos para los futuros grandes telescopios, como el ELT, Extremely Large Telescope, que serán capaces de señalar posiciones estelares incluso con mayor precisión que el Hubble. El objetivo a largo plazo es determinar cómo se aceleran las estrellas y cómo se curvan sus órbitas. Órbitas que, debido a la menor masa del agujero negro de Omga Centauri, tardarán más de cien años en completarse, por lo que su observación detallada es algo que queda para los astrónomos de generaciones futuras.