agujero negro de masa intermedia

Un pequeño monstruo se esconde en una galaxia enana, y su vecino lo alimenta. La galaxia satélite se fusiona lentamente con una compañera masiva, y el gas de las regiones exteriores cae hacia el centro, donde se encuentra un agujero negro. No es grande según los estándares del universo: solo de ochocientas a cinco mil masas solares, pero su apetito es voraz.

La luz de una galaxia lejana llega hasta nosotros atravesando su propio polvo. Este polvo no es una niebla uniforme, sino nubes irregulares, como jirones de algodón. Los modelos antiguos lo trataban como una neblina homogénea, y entonces la galaxia no cuadraba en cuanto a energía: demasiada luz se perdía en el ultravioleta y muy poca regresaba en el infrarrojo.

Un agujero negro de 35 000 masas solares navega a través del gas de la galaxia como una barcaza entre la niebla. La gravedad del agujero amontona la materia que tiene delante, y detrás se forma una estela densa: una corriente de gas en la popa. Parte de ese gas es atraído hacia el agujero, que así va creciendo.

Un contable revisa todas las fábricas, almacenes y tiendas, pero el balance no cuadra: la mitad de la mercancía parece haberse evaporado. Algo así es lo que los astrónomos han estado haciendo durante décadas al buscar la materia ordinaria en el universo actual.

En una galaxia lejana, a unos 290 millones de años luz de nosotros, se esconde el objeto HLX-1. En el pasado brilló más que cientos de miles de millones de soles, pero ahora se ha calmado. De 2018 a 2022, los telescopios espaciales Hubble, Chandra y Swift siguieron su declive.

Dos galaxias — nuestra Vía Láctea y su compañera, la Gran Nube de Magallanes — giran lentamente una alrededor de la otra. Su atracción gravitacional sacude las lejanas afueras de la Vía Láctea, como una piedra lanzada a un estanque hace ondular el agua.

En el centro de la mayoría de las galaxias se esconden agujeros negros supermasivos, los amos de la gravedad. Desde 2019, gracias a la interferometría de línea de base muy larga, vemos sus sombras: siluetas oscuras sobre un fondo de gas brillante. Pero, ¿qué es exactamente lo que dibuja esa sombra?

En los centros de galaxias lejanas a veces se encienden "faros" de rayos X. No parpadean de forma caótica, sino con estricta regularidad: una vez cada varias horas o días. Estos estallidos se denominan erupciones cuasiperiódicas (repeticiones casi a intervalos regulares).

La luz de un blázar lejano (un núcleo activo de galaxia que apunta su chorro hacia nosotros) tarda miles de millones de años en llegarnos. En el camino, genera lluvias de partículas cargadas que el campo magnético intergaláctico desvía hacia los lados.

Los detectores LIGO y Virgo captan las ondulaciones del espacio-tiempo, pero algunas señales obligan a reescribir los guiones de la muerte estelar.

En el centro de casi toda galaxia grande brilla un núcleo activo: un agujero negro supermasivo rodeado por un disco plano y giratorio de gas incandescente. Ese disco ya de por sí parpadea, pero los astrofísicos sospechan que en su interior se esconde todo un enjambre de pequeños agujeros negros de masa estelar.

Cuando un piano cae a un abismo, pensamos en el abismo. En que el piano lleva funda, no. De manera parecida, durante décadas los astrofísicos han observado los acercamientos extremos de cuerpos pequeños a agujeros negros grandes. Les interesaba el propio agujero negro y lo que gira a su alrededor.

Imagine un funambulista balanceándose sobre un abismo. Cada paso cambia la tensión de la cuerda, y el más mínimo desplazamiento del centro de gravedad puede ser fatal. Así se asemeja el baile de una estrella común солнцеподобной alrededor de un чёрной дыры de diez masas solares, si la órbita es muy alargada.

Una lupa concentra la luz del sol en un punto brillante. Si el cristal tiene un diminuto defecto, el punto de luz se distorsiona. Así funciona, más o menos, el lente gravitacional: una galaxia masiva curva los rayos de luz de una fuente más lejana, creando una imagen ampliada y a veces distorsionada.

Los agujeros negros son de dos tipos: diminutos — restos de explosiones de supernovas, y colosos en los núcleos de galaxias. ¿Y dónde están los intermedios, de cientos y miles de masas solares? La respuesta quizá se esconde en los enjambres estelares, donde los agujeros negros chocan como bolas en una mesa de billar y, al fusionarse, aumentan de peso.

Los agujeros negros pueden ser ligeros, producto de estrellas moribundas, y supermasivos, en los núcleos de las galaxias. Faltaba el eslabón intermedio. El descubrimiento fue posible gracias a las ráfagas rápidas de radio, señales cósmicas que duran milisegundos pero que transportan una energía comparable a la que emite el Sol en días.

El Universo está lleno de materia invisible que gobierna el movimiento de las galaxias. En los años 1970, la astrónoma Vera Rubin demostró que sin la materia oscura, las estrellas de las afueras se habrían dispersado hace tiempo. Pero de qué está hecha sigue siendo un misterio.

En el densamente poblado centro de la galaxia, dos estrellas orbitan tan cerca que una despoja a la otra de sus capas externas, como el viento arranca la ropa de un tendedero. Queda un núcleo caliente de helio: una estrella sin envoltura de hidrógeno.

Dos bolas pesadas giran no en un círculo perfecto, sino en un óvalo muy achatado: a veces se acercan, a veces se alejan. Así se comportan aproximadamente los pares de agujeros negros con órbitas alargadas.

Las ondas gravitacionales son como ondas en el tejido del espacio, análogas a los círculos en el agua cuando se lanza una piedra. En la Tierra, el ruido del tráfico, las mareas y los terremotos las ahogan, como una tormenta que agita un lago impidiendo ver las ondas más débiles. El proyecto LILA traslada el detector a la Luna, donde reina un silencio sin viento.

Una orquesta de millones de instrumentos toca una sola nota, pero cada uno entra en su momento y con su propio volumen. Así suena el fondo estocástico de ondas gravitacionales: un zumbido de fusiones de agujeros negros que individualmente son indistinguibles.

Los astrofísicos realizaron un censo de objetos invisibles que solo se delatan por el temblor del espacio. Examinaron el nuevo catálogo GWTC-4, una lista de decenas de fusiones de agujeros negros registradas por los detectores de ondas gravitacionales LIGO, Virgo y KAGRA.

Recientemente, los astrónomos detectaron tres cometas interestelares que viajan desde las profundidades del espacio. Uno de ellos, el 3I/ATLAS, resultó ser sorprendentemente grande: su núcleo alcanza varios kilómetros de diámetro.

En el Universo temprano, los cúmulos estelares eran tan densos que nacían gigantes del tamaño del Sistema Solar. Si uno de estos colosos estuviera en lugar del Sol, su borde llegaría hasta Júpiter. A veces, estas estrellas engullían pequeños agujeros negros.

Una hoguera hecha de alcohol puro arde con intensidad y casi no produce humo. Así brillaban las primeras estrellas: no contenían elementos pesados, solo hidrógeno y helio, restos del Big Bang.

El litio es como un termómetro sumergido en el interior de una estrella. Este elemento ligero se destruye a temperaturas de unos 2,5 millones de grados, por lo que su cantidad en la superficie revela cuán profundamente se ha mezclado el material de la estrella.

El telescopio «James Webb» detectó agujeros negros —así los llamó John Wheeler, y Karl Schwarzschild los describió como una trampa para la luz—, que ya 500 millones de años después del Big Bang tenían masas superiores a millones de soles.

Casi un siglo llevan los astrónomos buscando la materia oscura, el armazón invisible que impide que las galaxias se desintegren. El primero en hablar de ella fue Fritz Zwicky, y Vera Rubin demostró su existencia al mostrar que las estrellas en los bordes de las galaxias se mueven demasiado rápido.

En los cúmulos de galaxias, la invisible materia oscura actúa como un andamio que mantiene unidos los sistemas estelares. Su forma es revelada por un tenue resplandor: estrellas arrancadas de las galaxias por fuerzas de marea.

Alrededor de algunas estrellas binarias cercanas, donde una enana blanca arranca materia a su compañera, los astrónomos veían un arco luminoso. Lo consideraban una onda de choque: el lugar donde el rápido viento estelar choca contra el gas interestelar. Pero nuevas observaciones muestran que el arco no es uno solo.

Los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo captaron un estruendo sordo, la huella de la fusión de dos objetos invisibles. Su masa total resultó ser menor que la solar. La evolución estelar no produce agujeros negros tan ligeros: una estrella agonizante no se comprime en un final tan diminuto.

En los datos de radio del cielo, como en una vieja película fotográfica, aparecieron dos brillantes franjas de gas. Se mueven a diferentes velocidades, pero cuelgan cerca de la misma estrella tenue. La estrella y las franjas resultaron estar dentro de una enorme burbuja vacía en el gas interestelar.

Las nubes de gas en la Vía Láctea dan a luz estrellas, y las más pesadas de ellas son auténticos gigantes. Antes se pensaba que una estrella así estallaba casi instantáneamente, como una bombilla. Pero una nueva investigación muestra que la estrella crece gradualmente, como una bola de nieve que rueda montaña abajo. Cuanto más rueda, más grande se hace.

Un agujero negro no se ve hasta que una estrella pasa cerca. Entonces las fuerzas de marea estiran la estrella como un cocinero estira la masa, y parte del material cae en el agujero, emitiendo un destello final. Estos eventos, llamados disruptiones de marea, son una oportunidad única para pesar un agujero negro que de otro modo permanecería invisible.

En el centro de nuestra Galaxia hay un denso bosque de polvo y gas. La luz de las estrellas apenas logra abrirse paso a través de esta espesura, como una linterna en la niebla. Pero es precisamente allí, en esa nube densa, donde nacen nuevas estrellas. Los científicos decidieron asomarse a esa niebla. Tomaron la luz de 15 estrellas brillantes que atraviesan las nubes frías.

El Universo se expande, y la velocidad de esta expansión es motivo de debate. Edwin Hubble descubrió la expansión hace casi cien años, pero las mediciones modernas arrojan valores diferentes.

En la década de 2010, los astrónomos notaron algo sorprendente: los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias, a pesar de la enorme diferencia en tamaño y brillo, se alinean en una línea recta si se representa gráficamente la relación entre su emisión en el rango de los milímetros, su radiación de rayos X y su masa.

Cuando una estrella se acerca a un agujero negro — un objeto con una gravedad tan poderosa que ni siquiera la luz puede escapar de él —, las fuerzas de marea desgarran la estrella, como si fuera masa atrapada en las varillas de una batidora.

Las supernovas de tipo Ia son como bombillas de la misma potencia: cuanto más tenue es la luz, más lejana está la fuente. Estas supernovas sirven para medir distancias a galaxias lejanas. Pero el polvo cósmico, como un vidrio sucio, atenúa y tiñe la luz, dificultando los cálculos precisos.

Las partículas de materia oscura pueden comportarse como melaza: en un modelo no se estorban entre sí, en otro se empujan ligeramente, creando viscosidad. De esto depende cuán rápido los gigantescos agujeros negros en los centros de las galaxias caen uno hacia el otro y se fusionan.