Los agujeros negros en sí mismos no son visibles, pero los rayos X y las emisiones de radio de la materia a su lado pueden darnos una idea de su ubicación y propiedades físicas.En el centro de casi todas las galaxias hay un agujero negro supermasivo, en cuya ubicación la materia ha acumulado masas de millones o incluso miles de millones de rayos solares. Sin embargo, a su alrededor no solo debería haber muchas estrellas en rápido movimiento, sino también decenas de miles de agujeros negros más pequeños formados a partir de los restos de estrellas masivas, que deberían haber estado cerca del centro galáctico. Observando el espacio alrededor de
Sagitario A * , nuestro monstruo en el centro de la Vía Láctea con un peso de cuatro millones de rayos solares, encontramos estrellas, polvo, gas, radiación electromagnética y todo lo que se esperaba, con una excepción: no hay evidencia de la presencia de estos agujeros negros más pequeños. Se esperaba que en la región con un diámetro de solo seis años luz y un centro en Sagitario A * hubiera más de diez mil, pero no se encontraron allí. Es decir, hasta que se nos ocurrió un nuevo método ingenioso, gracias al cual encontramos una docena de ellos solo el año pasado. De ello se deduce que estos agujeros negros están allí, y ahora tenemos una idea de cómo encontrarlos.
Imagen compuesta de un agujero negro en el centro de nuestra galaxia a partir de rayos X y rayos infrarrojos: Sagitario A *. Su masa es de cuatro millones de rayos solares y está rodeada de gases calientes que emiten rayos X, estrellas y, potencialmente, muchos miles de agujeros negros más pequeños.La región del espacio que rodea un agujero negro en el centro de nuestra galaxia está llena de material que solo puede detectarse fuera del espectro visible. Aunque no hay duda de que hay una gran cantidad de fuentes de luz estrellada allí, el polvo que llena el plano de nuestra Vía Láctea es suficiente para bloquear toda la luz que de otro modo habría pasado 25,000 años luz para llegar a nuestros ojos. Pero a grandes longitudes de onda, en los rangos de infrarrojos y radio, hay luz que puede atravesarnos y revelar la presencia de estrellas y gas en el centro, y la radiación de rayos X a longitudes de onda más cortas puede brindarnos una gran cantidad de información sobre las fuentes de energía de la radiación y los eventos que ocurren allí. .
La imagen del centro galáctico a la luz de varias longitudes de onda muestra estrellas, gas, radiación y agujeros negros, así como otras fuentes. Pero la luz que proviene de todos ellos, desde los rayos gamma hasta la luz visible y las ondas de radio, solo puede decir que podemos atrapar nuestros instrumentos a una distancia de 25,000 o más años luz.Cuando estudiamos el espacio que rodea a Sagitario A *, vemos una gran cantidad de estrellas que se mueven alrededor del agujero negro central, así como destellos periódicos que surgen durante la absorción de varios bultos de materia por el agujero negro. Por lo que vemos, podemos imaginar cómo es esta región del espacio: está llena de materia que puede crear activamente estrellas y es rica en elementos pesados. El gas y el polvo presentes allí crean un ambiente ideal para la formación activa de estrellas, que, como dicen nuestras mejores teorías, es exactamente lo que sucede allí. Allí se deben formar muchas estrellas con una amplia variedad de masas, de las cuales se debe obtener un número bastante grande de supernovas, estrellas de neutrones y agujeros negros. Es a partir de estos datos que hacemos una evaluación del hecho de que en el radio de tres años luz desde Sagitario A * debería haber alrededor de 10,000 - 20,000 agujeros negros.
Se descubrió una multitud de estrellas junto a un agujero negro supermasivo en el núcleo de la Vía Láctea. Además de estas estrellas, gas y polvo, esperamos que en esta región haya al menos 10,000 agujeros negros ubicados a pocos años luz de Sagitario A *, pero hasta ahora ha sido bastante difícil detectarlos.Pero, a pesar de la predicción, tenemos problemas para observar estos agujeros negros. Y hay una razón convincente para esto: la mayoría de ellos son difíciles de observar, porque no emiten radiación que podamos atrapar. Para detectar agujeros negros aislados que fueron las únicas estrellas en nuestro sistema, no tenemos un método de trabajo. Pero para ver los agujeros negros existentes en los sistemas binarios en los que un agujero negro y una estrella se mueven entre sí, hay una forma complicada: estamos buscando destellos brillantes de rayos X emitidos por dichos sistemas.
Según el astrofísico Chuck Haley :
Esta es una forma obvia de buscar agujeros negros. Pero el
centro galáctico está tan lejos de la Tierra que tales destellos son tan fuertes y brillantes que podemos verlos, solo una vez cada 100-1000 años.
Y como todavía no tuvimos suerte, necesitábamos un método diferente.
Un agujero negro es conocido por absorber materia y tiene un horizonte de eventos del cual nada puede escapar. Pero más allá del horizonte, puede emitir rayos X. Puede ir en forma de grandes brotes y en forma de una corriente constante y relativamente tranquila, que surge debido a la lenta alimentación del vecino BHFue en ese momento que el equipo de Haley vino al rescate. En lugar de buscar un sistema binario con una estrella y un agujero negro en un estado activo caracterizado por destellos, se dieron cuenta de que uno podría buscar rastros de ondas de rayos X menos energéticas que deberían haber existido durante la inactividad de estos sistemas. Hayley continúa:
Sería simple si los sistemas binarios con un agujero negro emitieran constantemente destellos potentes, como lo hacen los sistemas binarios con una estrella de neutrones, pero esto no es así, así que tuvimos que inventar otra forma de encontrarlos. Cuando un agujero negro se acerca a una pequeña estrella de masa, esta asociación emite destellos de rayos X, que son más débiles, pero son constantes y pueden detectarse.
Se necesitaría mucho tiempo para rastrear tales efectos en el centro galáctico en el rango de rayos X, y sin un objetivo claramente establecido, dicho proyecto no sería aprobado. Pero el equipo de Haley tenía una carta de triunfo: tales datos existían gracias al
Observatorio de rayos X Chandra .
El agujero negro supermasivo de nuestra galaxia ha sido testigo de destellos extremadamente brillantes, pero ninguno de ellos fue tan brillante o largo como el XJ1500 + 0134. Gracias a este tipo de eventos, Chandra recopiló una gran cantidad de datos durante 19 años de observaciones del centro galáctico.Chandra observó periódicamente el centro galáctico durante la mayor parte de los 19 años. Después de estudiar el conjunto completo de datos de archivo, el equipo pudo descubrir algo sorprendente: signos de rayos X de la presencia de doce sistemas binarios independientes, inactivos y silenciosos de un agujero negro y una estrella. Dado que en la Vía Láctea hemos descubierto hasta ahora solo 60 agujeros negros, este es un aumento importante en su número, pero no solo. Todos estos sistemas de 12 BH / estrellas están dentro de los tres años luz de Sagitario A *, y su existencia nos permite hacer algo más interesante: estimar el número total de agujeros negros existentes en esta región. Según los
datos recopilados, debería haber alrededor de 300-500 sistemas que constan de un agujero negro y una estrella, y alrededor de 10,000 agujeros negros aislados.
En los centros de las galaxias hay estrellas, gases, polvo y (como ahora sabemos) agujeros negros que giran e interactúan con el objeto supermasivo central de la galaxia.Este es un descubrimiento sorprendente, y solo fue posible en el marco de nuestra Vía Láctea. Conociendo la existencia de unos 10,000 agujeros negros en las proximidades de nuestro agujero negro supermasivo, podemos evaluar lo que sucede en el centro de cada galaxia con un agujero negro supermasivo: miles y miles de agujeros negros comunes que se mueven a su alrededor. En la década de 2030, la Agencia Espacial Europea lanzará la Antena Espacial Mejorada utilizando el principio de un interferómetro láser (eLISA, anteriormente LISA), un detector espacial de ondas gravitacionales con hombros muy largos. A diferencia de los sistemas con cuerpos de pequeña masa muy separados y un período orbital pequeño, al que
LIGO es sensible, eLISA podrá detectar por primera vez agujeros negros con un período orbital largo, una espiral larga y fusionándose con agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias.
En los últimos dos años, se han descubierto ondas gravitacionales de la confluencia de estrellas de neutrones y agujeros negros en la Tierra. Al crear un observatorio gravitacional en el espacio, podemos elevar la sensibilidad a un nivel que pueda predecir fusiones con agujeros negros supermasivos.Este es un
estudio extremadamente importante porque nos brinda la primera evidencia real de lo que buscará eLISA, lo que nos motiva aún más a buscar eventos que, como ya sabemos, pueden existir. A diferencia de los agujeros negros de LIGO, durante estos procesos de acercamiento tendremos semanas, meses o incluso años de discapacidad, lo que nos permitirá saber claramente cuándo y en qué momento será necesario mirar para ver la fusión. Esta es la primera confirmación de la teoría de la existencia de decenas de miles de agujeros negros alrededor de agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias, y nos permite predecir mejor cuántos eventos relacionados que causan ondas gravitacionales podemos registrar.
Toda la información que necesitamos sobre esto está en los centros de las galaxias, incluida la nuestra. Por primera vez, podemos estar seguros de que los agujeros negros no son rarezas cósmicas, existen en grandes cantidades en todas las galaxias del universo.