Los rayos gamma podrían haberse bifurcado al pasar delante de un agujero negro.

Los rayos gamma podrían haberse bifurcado al pasar delante de un agujero negro.
Ilustración: Carl Knox, OzGrav

El 30 de agosto de 1995, un rayo de luz de 10 mil millones de años de antigüedad proveniente de un pequeño rincón del universo fue captado por el Observatorio de rayos Gamma Compton, que se encontraba en órbita alrededor de la Tierra. Un equipo de investigación australiano afirma ahora que aquel estallido de rayos gamma contenía pruebas de la existencia de un agujero negro de masa intermedia extremadamente peculiar, que nos podría ayudar a llenar un vacío en nuestra comprensión de estos enigmáticos fenómenos cósmicos.

Los agujeros negros se suelen clasificar en tres tamaños. Los más pequeños son conocidos como agujeros negros estelare,s y pueden tener desde unas pocas veces la masa de nuestro Sol hasta un centenar de veces esa cifra. Después están los agujeros negros de masa intermedia, que son poco conocidos y han sido vagamente descritos hasta la fecha; su masa está entre las 100 masas solares y las 100.000 masas solares. En el extremo más alejado de esta escala se encuentran los agujeros negros supermasivos, que tienen 100.000 masas solares o más. Algunos tienen miles de millones de veces el tamaño de nuestro Sol, como el famoso agujero negro fotografiado en 2019.

Los agujeros negros de masa intermedia existen, pero, a diferencia de sus otros semejantes grandes y pequeños, es difícil detectarlos con nuestros telescopios. Rara vez se encuentran posibles agujeros negros de este tamaño, aunque los astrofísicos tienen algunas ideas sobre dónde buscar e incluso han encontrado algunos posibles candidatos estos últimos años. Solo hay un puñado de objetos que hayamos observados que puedan ser un agujero negro de masa intermedia.

El análisis de estos datos de hace 26 años se publicó esta semana en la revista Nature Astronomy. No es el primer candidato que encontramos de un agujero negro de masa intermedia, pero es el primero en ser detectado usando rayos gamma.

Cuando se presentan posibles candidatos de un agujero negro de masa intermedia, generalmente se hace a través de pruebas que impliquen un objeto similar a su tremenda fuerza gravitacional. Los agujeros negros supermasivos atraen tantas cosas brillantes cerca de ellos que son fáciles de detectar, y los agujeros negros estelares a menudo tiene estrellas orbitando alrededor. Los agujeros negros intermedios, en cambio, permanecen ocultos, pero si se estudian más a fondo, podrían ayudar a explicar cómo llegaron a surgir los agujeros negros supermasivos y cuántos podrían haber ahí fuera.

“Los de nuestra galaxia, dondequiera que estén, no deben estar acumulando gas, por lo que, o están flotando libremente a través del espacio sin que nada caiga dentro de ellos y los haga brillar, o están en el centro de cúmulos globulares, protegidos por todas esas estrellas”, explicaba a Gizmodo James Paynter, astrofísico de la Universidad de Melbourne. “Dondequiera que estén estos agujeros negros de masa intermedia, no están haciendo nada que delate que están ahí”.

Ilustración para el artículo titulado

Imagen: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

Observando el conjunto de datos de los estallidos de rayos gamma observados por Compton, el equipo de Paynter fue capaz de analizarlos utilizando un script automatizado, buscando así brotes de rayos consecutivos, casi idénticos. Esta distintiva firma sugeriría que tuvo lugar una sola explosión, pero que tomó dos caminos diferentes, bordeando un objeto enorme del cosmos. (Piensa en dos riachuelos de agua que se bifurcan al llegar a una roca). Esto provocaría que esta explosión de rayos gamma se registrara dos veces, pero que tuviese unos datos tan similares. Esto se trataría de un ejemplo de lo que se conoce como “lente gravitacional”, donde la gigantesca gravedad de un objeto consigue doblar la luz alrededor de sí mismo.

El equipo encontró solo un brote de rayos que se ajustase a los requisitos, que mostraba una diferencia de apenas milisegundos. Las características de este fenómeno de lente gravitacional permitieron que los investigadores pudiesen calcular aproximadamente la masa del objeto que lo causó, y concluyeron que solo podrían haber sido unas pocas cosas: un cúmulo globular (un nudo de estrellas fuertemente unido), un halo de materia oscura (básicamente un aura invisible de gravedad que se extiende más allá de un objeto masivo), o un agujero negro. Los dos primeros sucesos fueron descartados finalmente como posibilidad, dejando como principal hipótesis la existencia de un agujero negro de masa intermedia.

Tod Strohmayer, un astrofísico del Centro Goddard de la NASA que no participó en el nuevo artículo dijo que estos estallidos de rayos gamma “son de dos tipos”. Algunos son relativamente largos (desde decenas a cientos de segundos), y otros son cortos (meros milisegundos). El hecho de que este estallido se correspondiese con este último grupo, pero sucediese dos veces, indicaba la presencia de un evento de lente gravitacional, dijo.

“Es un hallazgo interesante en el sentido de que parece encajar con lo que cabría esperar si de hecho se tratase de un evento con lentes gravitacionales”, dijo Strohmayer. “Es consistente con esa interpretación, pero por el momento, hay una indicación de que eso es lo que podría ser… pero tendrías que observar muchas explosiones de rayos gamma si quisieras ver más”.

Los agujeros negros intermedios son importantes porque desconocemos cómo los agujeros negros supermasivos se vuelven tan grandes. Podrían ser supermasivos desde el principio, habiendo surgido durante los comienzos del universo, o podrían ser agujeros negros intermedios que han ido acumulando materia y aumentando de tamaño. También podrían formarse cuando dos agujeros negros intermedios se fusionan entre sí, convirtiéndose así en los gigantes que hemos podido observar ahora. Este paper no resuelve el misterio, pero nos permite saber más sobre los agujeros negros de tamaño mediano. Analizando estos agujeros negros los astrofísicos tienen nuevas oportunidades para investigar qué dio lugar a los objetos con más masa del universo.

Afortunadamente, el Observatorio Compton puto captar el eco de este estallido de rayos gamma, pero lo hizo con una pieza tecnológica que va camino de las tres décadas de antigüedad. Con la resolución de la que disponía, el Observatorio no pudo detectar de dónde provenía la explosión.

De modo que la señal recibida en 1995 parece prometedora. En algún lugar, había una masa tan grande que consiguió deformar la la luz a su alrededor, mostrándonos la posible existencia de un enorme agujero negro. El equipo de Paynter solo ha analizado una cuarta parte de los datos, por lo que es posible que aparezcan nuevos descubrimientos.

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