Enorme agujero negro descubierto en una galaxia satélite de la Vía Láctea

Enorme agujero negro descubierto en una galaxia satélite de la Vía Láctea

Astrónomos del Observatorio McDonald de la Universidad de Texas en Austin han descubierto un masivo agujero negro, inusual, en el corazón de una de las de la Vía Láctea galaxias satélite enanas , llamada Leo I.

Casi tan masivo como el agujero negro en nuestra propia galaxia, el hallazgo podría redefinir nuestra comprensión de cómo evolucionan todas las galaxias, los componentes básicos del universo. El trabajo se publica en un número reciente de The Astrophysical Journal .

El equipo decidió estudiar a Leo I por su peculiaridad.

A diferencia de la mayoría de las galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea, Leo I no contiene mucha materia oscura.

Los investigadores midieron el perfil de materia oscura de Leo I, es decir, cómo cambia la densidad de la materia oscura desde los bordes exteriores de la galaxia hasta su centro.

Lo hicieron midiendo su atracción gravitacional sobre las estrellas: cuanto más rápido se mueven las estrellas, más materia hay encerrada en sus órbitas.

En particular, el equipo quería saber si la densidad de materia oscura aumenta hacia el centro de la galaxia.

También querían saber si la medición de su perfil coincidiría con las anteriores realizadas con datos de telescopios más antiguos combinados con modelos de computadora.

Los astrónomos del Observatorio McDonald han descubierto que Leo I (recuadro), una pequeña galaxia satélite de la Vía Láctea (imagen principal), tiene un agujero negro casi tan masivo como el de la Vía Láctea. Leo I es 30 veces más pequeño que la Vía Láctea. El resultado podría indicar cambios en la comprensión de los astrónomos sobre la evolución de las galaxias. Crédito: ESA / Gaia / DPAC; SDSS (recuadro)
Los astrónomos del Observatorio McDonald han descubierto que Leo I (recuadro), una pequeña galaxia satélite de la Vía Láctea (imagen principal), tiene un agujero negro casi tan masivo como el de la Vía Láctea. Leo I es 30 veces más pequeño que la Vía Láctea. El resultado podría indicar cambios en la comprensión de los astrónomos sobre la evolución de las galaxias. Crédito: ESA / Gaia / DPAC; SDSS (recuadro)

Dirigido por la reciente doctora María José Bustamante de UT Austin, el equipo incluye a los astrónomos de UT Eva Noyola, Karl Gebhardt y Greg Zeimann, así como a colegas del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) de Alemania.

Para sus observaciones, utilizaron un instrumento único llamado VIRUS-W en el telescopio Harlan J. Smith de 2,7 metros del Observatorio McDonald.

Cuando el equipo introdujo sus datos mejorados y modelos sofisticados en una supercomputadora en el Centro de Computación Avanzada de Texas de UT Austin, obtuvieron un resultado sorprendente.

“Los modelos gritan que necesitas un agujero negro en el centro; realmente no necesitas mucha materia oscura ”, dijo Gebhardt. “Tienes una galaxia muy pequeña que está cayendo en la Vía Láctea, y su agujero negro es tan masivo como el de la Vía Láctea. La relación de masa es absolutamente enorme. La Vía Láctea es dominante; el agujero negro de Leo I es casi comparable “. El resultado no tiene precedentes.

Los investigadores dijeron que el resultado era diferente de los estudios anteriores de Leo I debido a una combinación de mejores datos y simulaciones de supercomputadoras.

La región central y densa de la galaxia estaba en su mayor parte inexplorada en estudios previos, que se concentraron en las velocidades de las estrellas individuales.

El estudio actual mostró que para esas pocas velocidades que se tomaron en el pasado, hubo un sesgo hacia velocidades bajas.

Esto, a su vez, disminuyó la cantidad inferida de materia encerrada dentro de sus órbitas.

Los nuevos datos se concentran en la región central y no se ven afectados por este sesgo. La cantidad de materia inferida encerrada dentro de las órbitas de las estrellas se disparó.

El hallazgo podría alterar la comprensión de los astrónomos sobre la evolución de las galaxias, ya que “no hay explicación para este tipo de agujero negro en las galaxias esferoidales enanas”, dijo Bustamante.

El resultado es aún más importante ya que los astrónomos han utilizado galaxias como Leo I, llamadas “galaxias esferoidales enanas”, durante 20 años para comprender cómo se distribuye la materia oscura dentro de las galaxias, añadió Gebhardt.

Este nuevo tipo de fusión de agujeros negros también le da a los observatorios de ondas gravitacionales una nueva señal para buscar.

“Si la masa del agujero negro de Leo I es alta, eso puede explicar cómo crecen los agujeros negros en las galaxias masivas”, dijo Gebhardt.

Eso es porque con el tiempo, a medida que las galaxias pequeñas como Leo I caen en galaxias más grandes, el agujero negro de la galaxia más pequeña se fusiona con el de la galaxia más grande, aumentando su masa.

Construido por un equipo de MPE en Alemania, VIRUS-W es el único instrumento en el mundo que ahora puede realizar este tipo de estudio de perfil de materia oscura.

Noyola señaló que muchas galaxias enanas del hemisferio sur son buenos objetivos para él, pero ningún telescopio del hemisferio sur está equipado para ello.

Sin embargo, el Telescopio Gigante de Magallanes ( GMT ) ahora en construcción en Chile fue, en parte, diseñado para este tipo de trabajos. UT Austin es socio fundador de GMT.

Referencia: “Dynamical Analysis of the Dark Matter and Central Black Hole Mass in the Dwarf Spheroidal Leo I” by M. J. Bustamante-Rosell, Eva Noyola, Karl Gebhardt, Maximilian H. Fabricius, Ximena Mazzalay, Jens Thomas and Greg Zeimann, 5 November 2021, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac0c79


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