Los astrónomos han utilizado una técnica llamada mapeo de ecos para detectar indicios de que los agujeros negros supermasivos, como el titán cósmico en el corazón de la Vía Láctea, conocido como Sagitario A* (Sgr A*), están rodeados por densas nubes y cúmulos de materia oscura. La investigación podría enseñarnos más sobre esta misteriosa sustancia y los entornos alrededor de los agujeros negros supermasivos.
La materia oscura es la materia más misteriosa del universo, supera a la materia ordinaria en el cosmos en una proporción de cinco a uno, pero permanece efectivamente invisible porque no interactúa con la radiación electromagnética, incluida la luz que usamos para ver. La única forma en que los científicos pueden inferir la presencia de materia oscura es a través de su interacción con la gravedad y el impacto que esta interacción tiene en los objetos hechos de materia tradicional como las estrellas. Por ejemplo, el efecto gravitacional de la materia oscura permite que las estrellas en los bordes de las galaxias giren a velocidades mucho mayores sin volar sueltas de lo que permitiría la materia visible de esas galaxias.
Este equipo decidió probar la influencia gravitacional de la materia oscura en el corazón de las galaxias, ambientes dominados por agujeros negros supermasivos que pueden tener masas millones o incluso miles de millones de veces la del sol. La materia ordinaria alrededor de estos agujeros negros supermasivos suele ser muy visible, especialmente cuando gira en espiral hacia las fauces de uno de estos titanes cósmicos desde una nube aplanada llamada disco de acreción. Esto se debe a que la influencia gravitacional de esos agujeros negros genera inmensas cantidades de fricción, lo que hace que crezcan con brillo. Eso no funcionaría con la materia oscura; no puede sentir fricción porque no interactúa consigo mismo ni con la materia ordinaria, y no puede brillar porque no absorbe ni emite luz.
Claramente, la materia oscura no se puede detectar alrededor de agujeros negros supermasivos, ni siquiera utilizando los telescopios más avanzados, como el Event Horizon Telescope (EHT), que ha capturado anillos brillantes de material alrededor de Sgr A* y alrededor de un agujero negro supermasivo más distante que gobierna el corazón de la galaxia Messier 87 (M87).
Mientras discutía el problema de detectar materia oscura alrededor de agujeros negros supermasivos, Mayank Sharma, estudiante de posgrado en física del Instituto Politécnico y la Universidad Estatal de Virginia (Virginia Tech), encontró una solución interesante.
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“De hecho, podríamos probar esta predicción utilizando una técnica en astronomía que permite medir la distancia al gas circundante buscando ecos de luz”, dijo Sharma en un comunicado. La técnica a la que se refiere Sharma es el “mapeo de reverberación” y se ha convertido en un método confiable para determinar la masa de los agujeros negros.
Ecos de materia oscura
El mapeo de reverberación se basa en el hecho de que cuando la materia cae en un agujero negro, libera una ráfaga de energía que hace que el disco de acreción del que proviene emita un pulso. Este pulso de luz viaja desde el disco de acreción hasta el gas en el entorno más amplio del agujero negro. Este gas absorbe esa luz y también pulsa, sirviendo este pulso secundario como eco del primero.
Como conocemos la velocidad de la luz, cuando los astrónomos ven el primer pulso de luz y luego su eco, pueden utilizar el tiempo entre pulsos para estimar la distancia entre el agujero negro y el gas en las afueras de su entorno. El tamaño de un agujero negro y la distancia entre él y las nubes de gas exteriores se pueden utilizar para determinar su masa, y también para determinar la masa de materia oscura agrupada a su alrededor.
El equipo aplicó su método a 14 galaxias diferentes y encontró en cinco casos que los aumentos de masa se alejaban del agujero negro central de una manera que no podía explicarse únicamente por la materia visible. A pesar del éxito inicial de esta investigación, está lejos de demostrar que los agujeros negros supermasivos sean realmente lugares de acumulación de materia oscura. Los hallazgos del equipo señalan un interesante camino a seguir para la investigación de la sustancia más misteriosa del universo y sus regiones más misteriosas.
“Estas galaxias definitivamente muestran un indicio de que hay material extra que no puede explicarse sólo por el agujero negro supermasivo”, dijo Sharma. “Las perspectivas son apasionantes”.
La investigación del equipo fue publicada en la revista Physical Review D.