El Hubble y el Chandra de la NASA detectan un tipo raro de agujero negro que se come una estrella

El Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA se han unido para identificar un nuevo posible ejemplo de una clase rara de agujeros negros. Denominada NGC 6099 HLX-1, esta brillante fuente de rayos X parece residir en un cúmulo estelar compacto en una galaxia elíptica gigante.

Estas imágenes muestran un objeto que los astrónomos creen que podría ser un agujero negro de masa intermedia (IMBH), una clase poco común de agujeros negros. Llamado NGC 6099 HLX-1, y etiquetado en una de las imágenes superiores, este agujero negro parece residir en un cúmulo estelar compacto en una galaxia elíptica gigante. En las imágenes, se muestran datos de luz óptica del Telescopio Espacial Hubble de la NASA junto con rayos X del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. NGC 6099 es la galaxia elíptica de la esquina inferior izquierda, y una galaxia elíptica compañera (NGC 6098) se encuentra en la esquina superior derecha. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Inst. de Astronomía, Taiwán/YC Chang; Óptica/UV: NASA/ESA/STScI/HST; Procesamiento de imágenes: NASA/STScI/J. DePasquale.

Apenas unos años después de su lanzamiento en 1990, el Telescopio Espacial Hubble de la NASA descubrió que las galaxias de todo el universo pueden contener agujeros negros supermasivos en sus centros, con una masa de millones o miles de millones de veces la de nuestro Sol. Además, las galaxias también contienen hasta millones de pequeños agujeros negros, cada uno de los cuales se forma cuando las estrellas masivas llegan al final de sus vidas, con un peso inferior a 100 veces la masa del Sol.

Mucho más esquivos son los agujeros negros de masa intermedia (IMBH), cuya masa oscila entre unos pocos cientos y unas pocas centenas de miles de veces la de nuestro Sol. Esta categoría de agujeros negros, ni demasiado grandes ni demasiado pequeños, suele ser invisible para nosotros porque no absorben tanto gas ni estrellas como los supermasivos, que emitirían una potente radiación. Es necesario atraparlos en plena búsqueda de alimento para encontrarlos. Cuando ocasionalmente devoran una estrella desventurada que se encuentra cerca, en lo que los astrónomos denominan un evento de disrupción de marea, liberan una oleada de radiación.

El IMBH más probable, captado mediante datos de telescopio, se encuentra en las afueras de la galaxia NGC 6099, a aproximadamente 40.000 años luz de su centro, según se describe en un nuevo estudio publicado en la revista Astrophysical Journal. La galaxia se encuentra a unos 450 millones de años luz de distancia, en la constelación de Hércules.

Los astrónomos vieron por primera vez una fuente inusual de rayos X en una imagen tomada por Chandra en 2009. Luego siguieron su evolución con el observatorio espacial XMM-Newton de la ESA.

“Las fuentes de rayos X con una luminosidad tan extrema son poco comunes fuera de los núcleos galácticos y pueden servir como una sonda clave para identificar los esquivos IMBH. Representan un eslabón perdido crucial en la evolución de los agujeros negros entre la masa estelar y los agujeros negros supermasivos”, afirmó el autor principal, Yi-Chi Chang, de la Universidad Nacional Tsing Hua, Hsinchu, Taiwán.

La emisión de rayos X proveniente de NGC 6099 HLX-1 tiene una temperatura de 3 millones de grados, consistente con un evento de disrupción de marea. El Hubble encontró evidencia de un pequeño cúmulo de estrellas alrededor del agujero negro. Este cúmulo le daría al agujero negro mucho de qué alimentarse, ya que las estrellas están tan juntas que se encuentran a tan solo unos meses luz de distancia (unos 800 000 millones de kilómetros).

El presunto IMBH alcanzó su máximo brillo en 2012 y continuó disminuyendo hasta 2023. Las observaciones ópticas y de rayos X durante este período no se superponen, lo que complica la interpretación. El agujero negro podría haber desgarrado una estrella capturada, creando un disco de plasma con variabilidad, o podría haber formado un disco que parpadea a medida que el gas se precipita hacia el agujero negro.

“Si el IMBH está devorando una estrella, ¿cuánto tarda en absorber su gas? En 2009, HLX-1 era bastante brillante. Luego, en 2012, fue unas 100 veces más brillante. Y luego volvió a disminuir”, dijo Roberto Soria, coautor del estudio, del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica. “Así que ahora debemos esperar y ver si está experimentando múltiples llamaradas, o si hubo un comienzo, un pico y ahora simplemente disminuirá hasta desaparecer”.

El IMBH se encuentra en las afueras de la galaxia anfitriona, a 40.000 años luz del centro de la galaxia anfitriona NGC 6099. Se presume que hay un agujero negro supermasivo en el núcleo de la galaxia, que actualmente está inactivo y no devora ninguna estrella.

Bloques de construcción de agujeros negros

El equipo enfatiza que un estudio de los IMBH puede revelar cómo se forman los agujeros negros supermasivos más grandes. Existen dos teorías alternativas. Una sostiene que los IMBH son las semillas para la formación de agujeros negros aún más grandes al fusionarse, ya que las galaxias grandes crecen al absorber galaxias más pequeñas. El agujero negro en el centro de una galaxia también crece durante estas fusiones. Las observaciones del Hubble revelaron una relación proporcional: cuanto más masiva es la galaxia, más grande es el agujero negro. La idea emergente con este nuevo descubrimiento es que las galaxias podrían tener "IMBH satélites" que orbitan en el halo de una galaxia, pero no siempre caen al centro.

Otra teoría sostiene que las nubes de gas en medio de los halos de materia oscura en el universo primitivo no forman estrellas primero, sino que colapsan directamente formando un agujero negro supermasivo. El descubrimiento, realizado por el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, de agujeros negros muy distantes con una masa desproporcionadamente mayor que la de su galaxia anfitriona tiende a respaldar esta idea.

Sin embargo, podría existir un sesgo observacional hacia la detección de agujeros negros extremadamente masivos en el universo distante, ya que los de menor tamaño son demasiado tenues para ser vistos. En realidad, podría haber mayor variedad en cómo nuestro universo dinámico construye agujeros negros. Los agujeros negros supermasivos que colapsan dentro de halos de materia oscura podrían simplemente crecer de forma diferente a los que viven en galaxias enanas, donde la acreción de agujeros negros podría ser el mecanismo de crecimiento predilecto.

“Si tenemos suerte, encontraremos más agujeros negros flotantes que repentinamente adquieren brillo en rayos X debido a un evento de disrupción de marea. Si logramos realizar un estudio estadístico, esto nos dirá cuántos de estos IMBH hay, con qué frecuencia disrupcionan una estrella y cómo las galaxias más grandes han crecido al ensamblar galaxias más pequeñas”, dijo Soria.

El desafío radica en que Chandra y XMM-Newton solo observan una pequeña fracción del cielo, por lo que no suelen detectar nuevos eventos de disrupción de marea, en los que los agujeros negros consumen estrellas. El futuro Observatorio Vera C. Rubin en Chile, un telescopio de sondeo de todo el cielo de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y el Departamento de Energía, podría detectar estos eventos en luz óptica a cientos de millones de años luz de distancia. Las observaciones de seguimiento con el Hubble y el Webb pueden revelar el cúmulo estelar que rodea al agujero negro.

El Telescopio Espacial Hubble lleva más de tres décadas en funcionamiento y continúa realizando descubrimientos revolucionarios que moldean nuestra comprensión fundamental del universo. El Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, en Greenbelt, Maryland, gestiona el telescopio y las operaciones de la misión. Lockheed Martin Space, con sede en Denver, también apoya las operaciones de la misión en el Goddard. El Instituto Científico del Telescopio Espacial de Baltimore, operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, realiza las operaciones científicas del Hubble para la NASA.

Publicado en Chandra el 24 de julio del 2025, enlace publicación.