Los astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA han presentado lo que dicen que es una de sus mejores pruebas de la presencia de una rara clase de agujero negro de «tamaño intermedio» que puede estar al acecho en el corazón del cúmulo estelar globular más cercano a la Tierra, ubicado a 6.000 años luz de distancia.
Al igual que los intensos baches gravitacionales en el tejido del espacio, prácticamente todos los agujeros negros parecen venir en dos tamaños: pequeños y gigantescos. Se estima que nuestra galaxia está llena de 100 millones de pequeños agujeros negros (varias veces la masa de nuestro Sol) creados a partir de estrellas explotadas. El universo en general está inundado de agujeros negros supermasivos, que pesan millones o miles de millones de veces la masa de nuestro Sol y se encuentran en los centros de las galaxias.
Un eslabón perdido largamente buscado es un agujero negro de masa intermedia, que pesa entre 199 y 10.000 masas solares. ¿Cómo se formarían, dónde pasarían el tiempo y por qué parecen ser tan raros?
Mirando mucho más cerca de casa, se ha detectado una serie de presuntos agujeros negros de masa intermedia en densos cúmulos globulares de estrellas que orbitan nuestra galaxia, la Vía Láctea. Por ejemplo, en 2008, los astrónomos del Hubble anunciaron la sospecha de presencia de un agujero negro de masa intermedia en el cúmulo globular Omega Centauri. Por varias razones, incluida la necesidad de más datos, estos y otros hallazgos de agujeros negros de masa intermedia aún no son concluyentes y no descartan teorías alternativas.
Las capacidades únicas del Hubble ahora se han utilizado para concentrarse en el núcleo del cúmulo estelar globular Messier 4 (M4) para cazar agujeros negros con mayor precisión que en búsquedas anteriores. «No se puede hacer este tipo de ciencia sin el Hubble», dijo Eduardo Vitral, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland, autor principal de un artículo que se publicará en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
El equipo de Vitral ha detectado un posible agujero negro de masa intermedia de aproximadamente 800 masas solares. El objeto sospechoso no se puede ver, pero su masa se calcula estudiando el movimiento de las estrellas atrapadas en su campo gravitatorio, como las abejas que pululan alrededor de una colmena. Medir su movimiento lleva tiempo y mucha precisión. Aquí es donde el Hubble logra lo que ningún otro telescopio actual puede hacer. Los astrónomos observaron 12 años de observaciones M4 del Hubble y resolvieron estrellas puntuales.
Su equipo estima que el agujero negro en M4 podría ser hasta 800 veces la masa de nuestro Sol. Los datos del Hubble tienden a descartar teorías alternativas para este objeto, como un cúmulo central compacto de restos estelares no resueltos como estrellas de neutrones, o agujeros negros más pequeños que se arremolinan uno alrededor del otro.
«Tenemos buena confianza en que tenemos una región muy pequeña con mucha masa concentrada. Es aproximadamente tres veces más pequeño que la masa oscura más densa que habíamos encontrado antes en otros cúmulos globulares», dijo Vitral. «La región es más compacta de lo que podemos reproducir con simulaciones numéricas cuando tenemos en cuenta una colección de agujeros negros, estrellas de neutrones y enanas blancas segregadas en el centro del cúmulo. No son capaces de formar una concentración de masa tan compacta».
Una agrupación de objetos muy unidos sería dinámicamente inestable. Si el objeto no es un solo agujero negro de masa intermedia, se requeriría un estimado de 40 agujeros negros más pequeños hacinados en un espacio de solo una décima parte de un año luz de diámetro para producir los movimientos estelares observados. Las consecuencias son que se fusionarían y/o serían expulsados en un juego de pinball interestelar.
«Medimos los movimientos de las estrellas y sus posiciones, y aplicamos modelos físicos que intentan reproducir estos movimientos. Terminamos con una medición de una extensión de masa oscura en el centro del cúmulo», dijo Vitral. «Cuanto más cerca de la masa central, más aleatoriamente se mueven las estrellas. Y, cuanto mayor sea la masa central, más rápidas serán estas velocidades estelares».
Debido a que los agujeros negros de masa intermedia en los cúmulos globulares han sido tan esquivos, Vitral advierte: «Si bien no podemos afirmar completamente que sea un punto central de gravedad, podemos demostrar que es muy pequeño. Es demasiado pequeño para que podamos explicarlo aparte de que es un solo agujero negro. Alternativamente, podría haber un mecanismo estelar que simplemente no conocemos, al menos dentro de la física actual».
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