agujero negro supermasivo

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 agujero negro es como una peonza que nunca se detiene por sí sola. Pero si a su alrededor aparece una nube de partículas ultraligeras —bosones—, la situación cambia. Esa "niebla" actúa como un freno invisible: las partículas extraen la rotación del agujero, haciendo que se desacelere.

La explosión de una estrella masiva no es solo un destello, sino un golpe al gas circundante. Pero hasta ahora nadie había observado cómo se mueve el propio gas en los lugares de tales explosiones.

En el centro de nuestra galaxia vive el agujero negro supermasivo Sagitario A*. Si un compañero invisible gira a su alrededor, su danza se puede notar por la luz de otras estrellas. La gravedad de este par actúa como una lente: cuando los agujeros negros pasan frente a una estrella de fondo, su luz se amplifica momentáneamente y se duplica.

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.

Capa tras capa, artefacto tras artefacto — el arqueólogo reconstruye la historia de un antiguo asentamiento. Así también los astrofísicos, analizando 259 registros de LIGO–Virgo–KAGRA, vieron una clara estructura estratificada entre los agujeros agujero negro fusionándose.

En 2016, los astrónomos observaron algo increíble: una estrella lejana, llamada Ícaro, brilló con intensidad durante varias semanas, superando el abismo del espacio.

En el centro de un cúmulo estelar denso reina una auténtica fragua: aquí las estrellas, como piezas al rojo vivo, chocan y se fusionan bajo la acción de la gravedad, y estas fusiones no son una catástrofe, sino una oportunidad. Cada golpe del martillo estelar transfiere rotación al futuro agujero negro.

El universo temprano con desplazamiento al rojo z>7 fue un escenario de crecimiento desenfrenado: los agujeros negros con masas de hasta mil millones de soles ya brillaban como cuásares, devorando gas a un ritmo monstruoso. Cómo estos gigantes lograron crecer en tan poco tiempo es uno de los enigmas más candentes de la astrofísica.

Como un reflector: de lado brilla con un rojo tenue, pero de frente deslumbra con un blanco azulado. Así lucen los misteriosos «pequeños puntos rojos» del universo temprano: son gigantescos agujeros negros orientados de canto hacia nosotros.

Un campo sembrado de semillas. Unas semillas son grandes y brotan con la más mínima lluvia; otras son caprichosas, exigen un suelo especial y condiciones raras. De qué semillas caigan en la tierra depende cómo crecerá el bosque años después. Más o menos así piensan los astrofísicos sobre el nacimiento de los agujeros negros en el universo temprano.

Una nube gigante de materia invisible actúa como un espejo deformante: distorsiona la luz de una galaxia lejana. Con esas distorsiones, los astrónomos pueden pesar la nube y asomarse a su interior.

El Universo está lleno de lo invisible. Sabemos de la materia oscura por la rotación de las galaxias y las lentes gravitacionales, pero su naturaleza se nos escapa desde hace un siglo.

Un agujero negro es como un pozo sin fondo. Puedes medir cuánta agua ha caído en él mirando el nivel desde fuera. Pero, ¿cómo saber la masa del agua si estás dentro del pozo? Algo así resuelven los autores del nuevo trabajo. Han construido una «balanza» para la masa contenida en una región limitada del espacio, por ejemplo alrededor del horizonte de un agujero negro.

Los detectores captan el «rizado» de las ondas gravitacionales producido por la fusión de agujeros negros o estrellas de neutrones, como un eco de la cocina donde se preparó el plato cósmico. Los astrónomos intentan reconstruir la receta: cómo dos estrellas masivas se convirtieron en una pareja exótica y colisionaron.

Una sala enorme donde suenan cientos de orquestas a la vez. Entre ese bullicio hay que distinguir un dúo concreto: dos agujeros negros supermasivos que giran uno alrededor del otro en una galaxia lejana.

La ciudad lleva mucho dormida: ni una ventana iluminada, ni una casa nueva. Solo en el centro, en un único edificio, alguien olvidó apagar un reflector. Así es una galaxia donde ya no nacen estrellas, pero su agujero negro central sigue brillando.

El censo cósmico ha fallado. El contable hace balance: en una columna, todos los planetas que los astrónomos han contado en la Galaxia; en la otra, las reservas de material de construcción en los capullos de polvo de las estrellas recién nacidas. Los números no cuadran.

Dos patinadores artísticos giran sobre el hielo. Uno es ligero y cauteloso, apenas rota. El otro es masivo y veloz, gira con todas sus fuerzas y además en direcciones distintas. Más o menos así es el panorama que han dibujado las ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros.

En el espacio son frecuentes las parejas de agujeros negros que se fusionan, donde uno es notablemente más masivo que el otro. Esa diferencia de peso no es solo un número, sino la clave de su historia común.

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.

Un puñado de arena que pesa como una pequeña montaña: así son aproximadamente los strangelets, diminutos grumos de "materia extraña" de quarks, donde las partículas están comprimidas hasta densidades inimaginables. En un nuevo trabajo, los astrofísicos han comprobado si tales objetos pueden existir en la naturaleza y qué aspecto tendrían.

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.

Después del Big Bang, el universo se asemejaba a un globo fuertemente inflado: la presión impedía que la materia se comprimiera en grumos. Pero las hipotéticas partículas superpesadas — una especie de «pesos pesados» del micromundo — volvían el globo menos elástico por un instante.

Cuando dos agujeros negros supermasivos giran uno alrededor del otro antes de fusionarse, sacuden el propio espacio, como una lancha que surca un lago dejando estelas a su paso. Estas ondas se llaman gravitacionales. Viajan a través del universo y atraviesan todo, incluso la Tierra.

La última cosecha de ondas gravitacionales ha traído un enigma. Los detectores LIGO, Virgo y KAGRA han captado decenas de señales de agujeros negros en fusión, y en la gráfica de sus masas se abre un hueco: apenas hay objetos más pesados que 45 soles, y los que existen giran sospechosamente rápido.

La galaxia MCG+11-11-032 está relativamente cerca de nosotros: su luz tarda unos 150 millones de años en llegarnos. En su centro, como en la mayoría de las galaxias grandes, hay un agujero negro supermasivo. Pero hace unos años, a los astrónomos les surgió la sospecha: ¿y si fueran dos? El motivo fue el espectro de rayos X.

El agua en una tetera, mientras hierve, se divide claramente en líquido y vapor. Pero bajo una presión enorme, la frontera desaparece: la sustancia entra en un estado supercrítico, ni una cosa ni la otra, sino algo intermedio. Los agujeros negros también pueden hacer esto.

Una galaxia se parece a un tiovivo gigante: las estrellas y el gas giran alrededor del centro, y la velocidad de su movimiento delata cuánta materia hay en ese tiovivo. Si solo viéramos la materia luminosa, las partes exteriores girarían más lentamente de lo que muestran las observaciones.

El cúmulo globular M22 es un enjambre denso de cientos de miles de estrellas que cuelga en nuestra galaxia como una colmena luminosa. En tal apiñamiento, las estrellas chocan a menudo e intercambian parejas, pero los objetos grandes, como los agujeros negros, no solían durar mucho: se pensaba que la gravedad los expulsaba.

Los agujeros negros con más de un billón de masas solares funcionan como paraguas cósmicos. Proyectan una sombra sobre el tenue resplandor del Big Bang, la luz antigua que llena todo el cielo.

En 2019, los detectores de ondas gravitacionales captaron una señal de la fusión de objetos lejanos. Uno de ellos era un agujero negro de 23 masas solares. El segundo pesaba solo 2,5 masas solares, y eso es extraño. Normalmente, las estrellas de neutrones no superan las dos masas solares: con más masa se comprimen hasta convertirse en agujero negro.

En el centro de nuestra galaxia se esconde un agujero negro supermasivo, Sagitario A*, un peso pesado que mantiene a las estrellas a su alrededor. Los astrónomos sueñan con encontrar púlsares cerca de él: estos faros cósmicos emiten pulsos de radio con la precisión de los relojes atómicos.

Cuando una estrella masiva muere y explota, no solo emite luz, sino también partículas ligeras invisibles. Estas se dispersan en todas direcciones a casi la velocidad de la luz. Solo una pequeña fracción llega a la Tierra, pero cada explosión produce su propio cúmulo.

El crecimiento de una galaxia se parece a un baile de dos parejas: en el centro de casi toda galaxia grande hay un agujero negro supermasivo, y crecen juntos. Pero, ¿quién lleva el paso en este baile?

Una estrella nueve veces más masiva que el Sol enciende a su alrededor una zona donde podría haber agua líquida en un planeta. Pero esta zona es como una franja estrecha de playa durante la marea baja: desaparecerá en 30 millones de años. Estas estrellas viven intensamente y mueren jóvenes, sin dejar tiempo a la vida para el largo camino desde microbios hasta seres complejos.

Una ciudad donde se construyen a la vez un rascacielos y un enorme parque. El rascacielos crece hacia arriba y el parque se expande hacia los lados. Ambos procesos van rápido y se estorban mutuamente, pero al final deben formar un todo único. Así ocurre en la galaxia GNz7q: en el centro crece un agujero negro y a su alrededor estallan estrellas nuevas.

El centro de la galaxia es una metrópolis bulliciosa, donde un gigantesco agujero negro a menudo atrapa estrellas distraídas. Pero los telescopios captaron un destello en los tranquilos suburbios, a decenas de miles de años luz del núcleo.

La estrella S2 completa una órbita alrededor del agujero negro en el centro de la Vía Láctea cada 16 años, alcanzando velocidades de hasta 7650 kilómetros por segundo. Su órbita es una elipse alargada, y en el punto más cercano se acerca al agujero negro a una distancia 120 veces mayor que la distancia entre la Tierra y el Sol.

Algunas estrellas se apagan como un fuego artificial defectuoso: en lugar de una explosión brillante, una nube de humo. Normalmente, una estrella masiva termina su vida con una explosión de supernova, dejando un agujero negro. Pero a veces no hay explosión: la estrella se contrae directamente en un agujero negro, casi sin ser notada.