En 1971, un par de astrónomos británicos predijeron la existencia de un agujero negro en el centro de nuestra galaxia. Y en 1974, otros astrónomos lo encontraron, nombrándolo Sagitario a*.
Desde entonces, los astrónomos han descubierto que un “agujero negro supermasivo” similar se encuentra en el centro de casi cualquier otra gran galaxia. En 2019, tomaron la primera imagen de un agujero negro supermasivo. Hoy, estos objetos exóticos son una parte fundamental de nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan las galaxias.
Pero, ¿qué hay de los cuerpos astronómicos más pequeños, como la gran nube magelánica, una galaxia satelital enana que se espera que colise con la Vía Láctea en 2.400 millones de años? Nadie está bastante seguro de si nubes como esta también podrían albergar agujeros negros supermasivos.
Evolución galáctica
Ahora la evidencia está comenzando a acumularse, gracias al trabajo de Jiwon Jesse Han en el Centro de Astrofísica de Harvard-Smithsonian en Cambridge y sus colegas, que han descubierto evidencia convincente de que un agujero negro supermasivo reside en la gran nube magellánica después de todo. Si se confirma, el descubrimiento desafiaría los modelos astrofísicos convencionales y profundizaría nuestra comprensión de la evolución de la galaxia.
La clave de su descubrimiento proviene del estudio de las estrellas de hipervelocidad que se mueven tan rápido que pueden escapar del atracción gravitacional de la Vía Láctea.
Los astrofísicos creen que estas estrellas comenzaron la vida como la mitad de un sistema binario que se desvió demasiado cerca de Sagitario A*. Las fuerzas gravitacionales extremas en esta interacción enviaron una estrella al espacio mientras la otra permanecía atada al agujero negro.
Los astrónomos han visto 21 estrellas de hipervelocidad en las últimas dos décadas, todas ellas estrellas de secuencia principal de tipo B que son más masivas, luminosas y más azules que el Sol (estas estrellas son más fáciles de detectar que otras estrellas en este tipo de encuestas).
Más recientemente, también han podido determinar el movimiento adecuado de estas estrellas. Entonces Han y Co decidieron investigar su origen rebobinando su moción adecuada para ver de dónde vienen.
Eso llevó a un descubrimiento inesperado: muchas de estas estrellas no se remontan a Sagitario a* en absoluto. En cambio, sus trayectorias sugieren que vinieron de la gran nube magellánica. “Encontramos que la mitad de las estrellas de hipervelocidad no unidas descubiertas por la encuesta de HVS no rastrean el Centro Galáctico, sino a la gran nube magellánica”, dicen Han y compañía.
En particular, Han y Co encontraron un grupo de estas estrellas en la dirección de la constelación de Leo, la llamada “sobredensidad de Leo”.
Este tipo de agrupación no es fácil de explicar si las estrellas provienen de la Vía Láctea. Una posibilidad es que se formaron cuando uno de un par binario se convirtió en una supernova, acelerando a la otra a grandes velocidades; Otra es que estas estrellas son el resultado de un efecto fantástico de tirachinas que ocurre cuando tres o cuatro estrellas se unen al mismo tiempo.
Pero ninguno de estos mecanismos puede producir estrellas con velocidades tan altas en tal concentración, digamos Han y compañía. En cambio, la explicación más plausible es que fueron lanzados por un agujero negro supermasivo en el centro de la gran nube magellánica. “Encontramos que la tasa de natalidad y la agrupación de grandes estrellas de hipervelocidad de la nube magelánica no pueden explicarse por los fugitivos de supernova o escenarios de eyección dinámica que no involucran un agujero negro supermasivo”, dice el equipo.
Coincidencia de patrones
Para probar la hipótesis, Han y CO simularon la forma en que un agujero negro supermasivo en la nube interactuaría con los sistemas estelares cercanos. Resulta que escupiría estrellas en un patrón que coincide estrechamente con los datos observados, en particular, produciendo la sobredensidad de LEO. “Las distribuciones espaciales y cinemáticas predichas de estrellas de hipervelocidad simuladas son notablemente similares a las distribuciones observadas”, dicen Han y Co.
El equipo estimula que la masa del supuesto agujero negro de la gran nube Magellanic es de alrededor de 600,000 masas solares, significativamente más pequeñas que Sagitarius A*, que es de aproximadamente 4.3 millones de masas solares, pero aún dentro del rango de SMBH conocidos.
Si se confirma, esto haría de la gran nube Magellanic una de las galaxias más pequeñas conocidas por albergar un agujero negro supermasivo. Sugiere que la formación de agujeros negros supermasivos debe ser más común de lo esperado y también podría explicar otras anomalías de larga data en la dinámica de la nube.
Por ejemplo, los astrónomos han observado movimientos inusuales de estrellas y distribuciones de masa inexplicables dentro de él, lo que podría ser el resultado del impulso gravitacional de un agujero negro central. En otras palabras, este agujero negro supermasivo podría haber jugado un papel crucial en la configuración de la estructura interna de la nube y su interacción con la Vía Láctea.
Por supuesto, se necesitarán más pruebas para confirmar el descubrimiento. Las observaciones futuras con telescopios de alta resolución o observatorios basados en el espacio de próxima generación podrían ayudar a detectar las emisiones de la firma de un agujero negro o su influencia gravitacional en las estrellas cercanas.
Y el descubrimiento de más estrellas de hipervelocidad, particularmente en el hemisferio sur, podría fortalecer el argumento. Si más de estos se remontan a la nube, proporcionaría una confirmación adicional de que un agujero negro está funcionando.
A largo plazo, la Vía Láctea está destinada a tener una relación más cercana con la gran nube magelánica y su agujero negro: sus velocidades actuales sugieren que chocarán en aproximadamente 2.400 millones de años. Mientras tanto, la búsqueda de este agujero negro comenzará en serio.
Ref: Hypervelocity Stars traza un agujero negro supermasivo en la gran nube Magellanic: arxiv.org/abs/2502.00102