Agujeros negros cerca de Sagittarius A*.

Enjambre de agujeros negros localizados en el centro de nuestra galaxia.

Imagen de rayos X de Sagitario A*.

Los astrónomos han descubierto evidencia de miles de agujeros negros ubicados cerca del centro de nuestra galaxia Vía Láctea utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA.

Esta recompensa del agujero negro consiste en agujeros negros de masa estelar, que típicamente pesan entre cinco y 30 veces la masa del sol. Estos agujeros negros recién identificados se encontraron dentro de tres años luz, una distancia relativamente corta en escalas cósmicas, del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia conocido como Sagittarius A * (Sgr A *).

Los estudios teóricos de la dinámica de las estrellas en las galaxias han indicado que una gran población de agujeros negros de masa estelar, hasta 20.000,  podría derivar hacia adentro durante los eones y acumularse alrededor de Sgr A *. Este reciente análisis que utiliza datos de Chandra es la primera evidencia observacional de dicha recompensa de agujero negro.

Un agujero negro por sí mismo es invisible. Sin embargo, un agujero negro o estrella de neutrones encerrado en una órbita cercana con una estrella extraerá gas de su compañero (los astrónomos llaman a estos sistemas "binarios de rayos X"). Este material cae en un disco y se calienta hasta millones de grados y produce rayos X antes de desaparecer en el agujero negro. Algunos de estos binarios de rayos X aparecen como fuentes puntuales en la imagen de Chandra.

Un equipo de investigadores, dirigido por Chuck Hailey de la Universidad de Columbia en Nueva York, usó datos de Chandra para buscar binarios de rayos X que contengan agujeros negros que se encuentran cerca de Sgr A *. Estudiaron los espectros de rayos X, es decir, la cantidad de rayos X observados a diferentes energías, de las fuentes a unos 12 años luz de Sgr A *.

Los astrónomos han descubierto evidencia de miles de agujeros negros ubicados cerca
del centro de nuestra galaxia Vía Láctea utilizando datos de Chandra. Esta recompensa
del agujero negro consiste en agujeros negros de masa estelar, que típicamente pesan
entre 5 y 30 veces la masa del sol. Si se confirma, este resultado respalda modelos
teóricos que predicen la existencia de miles de tales agujeros negros cerca del agujero
negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. Esta imagen de Chandra muestra algunos
de los agujeros negros como fuentes puntuales, que los investigadores piensan que representan
una población mucho mayor de agujeros negros.
Crédito: NASA / CXC / C. Hailey Columbia University.

Luego, el equipo seleccionó fuentes con espectros de rayos X similares a los de los binarios de rayos X conocidos, que tienen cantidades relativamente grandes de rayos X de baja energía. Usando este método, detectaron catorce binarios de rayos X a unos tres años luz de Sgr A *. Posteriormente, se eliminaron del análisis dos fuentes de rayos X que probablemente contengan estrellas de neutrones basadas en la detección de explosiones características en estudios previos.

La docena de binarios de rayos X restantes se identifican en la versión etiquetada de la imagen usando círculos de color rojo. Otras fuentes con cantidades relativamente grandes de rayos X de alta energía están etiquetadas en blanco, y en su mayoría son binarias que contienen estrellas enanas blancas.

Hailey y sus colaboradores concluyeron que la mayoría de estas docenas de binarios de rayos X es probable que contengan agujeros negros. La cantidad de variabilidad que han mostrado en escalas de tiempo de años es diferente de la esperada para los binarios de rayos X que contienen estrellas de neutrones.

Solo los binarios de rayos X más brillantes que contienen agujeros negros son susceptibles de ser detectados a la distancia de Sgr A *. Por lo tanto, las detecciones en este estudio implican que una población mucho mayor de binarios de rayos X más débiles, no detectados -al menos 300 y hasta mil- que contengan agujeros negros de masa estelar deberían estar presentes alrededor de Sgr A *.

Esta población de agujeros negros con estrellas compañeras cerca de Sgr A * podría proporcionar información sobre la formación de binarios de rayos X a partir de encuentros cercanos entre estrellas y agujeros negros. Este descubrimiento también podría informar la futura investigación de ondas gravitacionales. Conocer la cantidad de agujeros negros en el centro de una galaxia típica puede ayudar a predecir con mayor precisión cuántos eventos de ondas gravitacionales pueden estar asociados con ellos.

Una población aún mayor de agujeros negros de masa estelar sin estrellas compañeras debería estar presente cerca de Sgr A *. De acuerdo con el trabajo de seguimiento teórico de Aleksey Generozov de Columbia y sus colegas, deberían existir más de 10,000 agujeros negros y hasta 40,000 agujeros negros en el centro de la galaxia.

Si bien los autores son muy partidarios de la explicación del agujero negro, no pueden descartar la posibilidad de que hasta aproximadamente la mitad de las fuentes observadas provengan de una población de púlsares de milisegundos, es decir, estrellas de neutrones que giran muy rápidamente con fuertes campos magnéticos.

Un artículo que describe estos resultados apareció en la edición del 5 de abril de la revista Nature. El Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian de Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.

Crédito: 

NASA / CXC / Columbia Univ./C. Hailey et al.

• Publicado en Chandra el 9 de mayo del 2.018.