Las misteriosas ‘gargantúas’ que controlan nuestras galaxias

El año pasado los astrónomos pudieron al fin desvelar las primeras imágenes del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. No obstante, el agujero negro en sí no podía verse, al menos, no directamente: es tan denso que su atracción gravitatoria impide que escape incluso la luz.

Pero la imagen de Sagitario A, como se conoce al agujero negro de nuestra galaxia, reveló un halo de gas brillante alrededor del objeto; un objeto cuya masa sabemos que es un millón de veces mayor que la del Sol. Descubrimientos recientes como este, al igual que muchos otros, han asombrado a los astrónomos. “Durante los últimos años, todo lo que pensábamos que sabíamos sobre los agujeros negros se ha vuelto un interrogante”, dice Michela Mapelli, astrofísica y profesora de la Universidad de Padua en Italia.

Todo el mundo ha oído hablar de los agujeros negros, pero poca gente es consciente de lo mucho que estos extraños objetos siguen irritando a los astrónomos. El año pasado se dio a conocer a los astrónomos un agujero negro al destruir y engullir una estrella que vagaba demasiado cerca. Otro ha sido descrito como el agujero negro de mayor crecimiento jamás observado, ya que devora la masa equivalente de la Tierra cada segundo y es ya, por tanto, 3.000 millones de veces más masivo que nuestro Sol.

Pececitos cósmicos

Mapelli estudia los agujeros negros estelares, los cuales se forman cuando una estrella grande y de combustión rápida implosiona. Comparados con los supermasivos, estos agujeros negros son pececitos cósmicos. Los astrónomos esperaban que tales agujeros negros tuvieran entre cinco y diez veces la masa del Sol, pero lo cierto es que presentan un rango de tamaños mucho más amplio. En los últimos años, se han descubierto varios de hasta cien masas solares y uno pequeño, de tan solo 2,6.

“Hemos descubierto características y rangos de masa de agujeros negros que no podíamos imaginar antes de las observaciones recientes”, apunta Mapelli. Le intrigan especialmente los sistemas binarios de agujeros negros, en los que dos agujeros negros orbitan uno alrededor del otro. Este fenómeno puede ocurrir cuando dos estrellas que se orbitan entre sí acaban su vida como agujeros negros.

De nuevo, podría haber muchas otras maneras de formar agujeros negros binarios, algo que Mapelli estudia en su proyecto DEMOBLACK, financiado por el Consejo Europeo de Investigación. “Hace siete años, la mayoría de gente se mostraba escéptica sobre la existencia de los agujeros negros binarios”, afirma: “Ni siquiera los teóricos estaban convencidos de su existencia”.

Ahora, dijo Mapelli, se han descubierto casi cien. Expulsan ondas gravitatorias, perturbaciones en el espacio-tiempo que pueden captarse con sofisticados detectores en el Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO) de Estados Unidos y en el interferómetro Virgo, en Italia.

Según Mapelli, la mayoría de los astrofísicos dudaban de que dos agujeros negros pudieran intimar tanto como para fusionarse, pero entonces las ondas gravitatorias empezaron a enviar señales de colisión entre agujeros negros. En 2019 ocurrió un acontecimiento peculiar de fusión entre agujeros negros de sesenta y ochenta masas solares.

Se desconoce si se habían formado directamente a partir de estrellas, ya que la asunción de que los agujeros negros nacidos de estrellas son de entre cinco y diez masas solares ha perdido todo fundamento. “Si la masa máxima de un agujero negro estelar es de solo sesenta masas solares o si puede ascender a noventa, o incluso a trescientas, es un enorme interrogante”, explica Mapelli. “Me siento culpable por esta gran incertidumbre, ya que he contribuido personalmente a provocar esta situación”.

Monstruos galácticos

Las mayores bestias se encuentran en el centro de casi todas las galaxias. Casi todas están activas y contienen en su interior gas caliente que absorbe la gravedad. La masa de algunos de estos agujeros negros es de hasta 10.000 millones de veces la del Sol.

“He aquí unos monstruos de verdad”, afirma el profesor Christopher Reynolds de la Universidad de Cambridge (Reino Unido): “Su influencia en una galaxia puede extenderse hasta cien, incluso doscientos, años-luz”. Las estrellas y galaxias sienten el tirón gravitatorio de estos agujeros negros incluso a estas distancias astronómicas, pero las explosiones de energía que generan al consumir materia pueden percibirse incluso más lejos, a 100.000 años luz o más.

En el marco del proyecto DISKtoHALO, financiado con fondos de la UE, Reynolds investiga cómo estos agujeros negros supermasivos crecen, absorben gas caliente y generan explosiones de energía que es despedida hacia el exterior. “Sabemos que estos agujeros negros producen chorros de energía que envían descargas hacia el exterior”, detalla.

Algo que los astrofísicos todavía no han podido dilucidar es por qué el gas del núcleo de algunas galaxias está tan caliente —a entre 10 y 100 millones de grados centígrados—, aunque los sistemas tengan miles de millones de años y hayan tenido, por tanto, tiempo de sobra para enfriarse. La manera en la que los agujeros negros interactúan con su entorno y con partes distantes de sus galaxias es un rompecabezas extremadamente complejo. Los modelos informáticos son de poca ayuda porque se requieren conocimientos a escalas relativamente pequeñas y, al tiempo, a escalas gigantescas medidas en años luz.

“Estamos hablando de algo del tamaño de una pelota de tenis que regula algo del tamaño de la Tierra”, compara Reynolds. Una manera de estudiar estos agujeros negros supermasivos que se hallan en el centro de las agrupaciones galácticas es examinar los gases calientes de su proximidad. Es imposible ver estos gases a través de un telescopio, pero su energía puede observarse con los rayos X que emiten, dada su alta temperatura.

Sigue siendo una incógnita por qué el gas caliente no se enfría y forma estrellas. “Se necesita una fuente de calor para emitir energía en medio de la agrupación, y la única lo bastante potente son los agujeros negros”, reflexiona Reynolds. Todavía es un misterio para él y sus colegas cómo funciona exactamente esta fuente de calor. Sin embargo, está claro que los agujeros negros supermasivos no llevan una vida tranquila. Reynolds lo describe: “Estos agujeros negros ni siquiera son esféricos; giran sobre sí mismos formando un disco lleno de inestabilidad”.

A pesar de los nuevos hallazgos sobre estas extrañas criaturas galácticas, la verdadera naturaleza de los agujeros negros sigue siendo una incógnita. Las suposiciones con las que se trabajaba en el pasado han quedado en tela de juicio. Si algo está claro es que los agujeros negros seguirán intrigando a las mentes más brillantes de la astronomía.

La investigación a la que hace referencia este artículo ha sido financiada a través del Consejo Europeo de Investigación de la UE y el artículo se publicó originalmente en Horizon, la revista de Investigación e Innovación de la Unión Europea.

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