<span class="image__caption">Ilustración artística de una galaxia que expulsa material a través de dos chorros colimados (rojo/naranja) y vientos ultrarrápidos de gran ángulo (gris/azul), con un detalle del disco de acreción y su agujero negro supermasivo central. Fuente: ESA/AOES Medialab</span>
Publicado por
Mar Mezcua Pallerola
Licenciada en Física, especialización en Astrofísica. Doctora en Ciencias Naturales
Creado:
18.02.2025 | 10:00
Actualizado:
14.02.2025 | 16:53
Los agujeros negros supermasivos se encuentran en el centro de la mayoría, por no decir todas, las galaxias grandes y masivas como nuestra Via Láctea. Estos agujeros tienen más de un millón de veces la masa del Sol (de ahí el término "supermasivo") y pueden llegar a ser más brillantes que toda la galaxia que los alberga. Este brillo no proviene del agujero negro en sí, ya que éste atrapa la luz, sino de la materia que gira a su alrededor y que se calienta a altas temperaturas, emitiendo radiación desde longitudes de onda ópticas y ultravioleta a rayos X. Esto nos permite detectar aquellos agujeros negros supermasivos que están activamente engullendo materia, los llamados núcleos activos de galaxia (o AGN por sus siglas en inglés). Los agujeros negros supermasivos inactivos, o con poca materia que devorar, como es el caso de Sgr A* (el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra Galaxia) solo los podemos detectar a partir del movimiento de estrellas individuales a su alrededor (galardonado con el Premio Nobel de Física en 2020) u obteniendo una imagen directa de la sombra del agujero negro mediante observaciones en ondas de radio a alta resolución (el llamado Event Horizon Telescope).
Los núcleos activos de galaxia es común que emitan radiación en forma de vientos o chorros de luz muy colimados. Estos son capaces de extenderse más allá de la región central donde se encuentra el agujero negro supermasivo, atravesando toda la galaxia y llegando incluso al espacio intergaláctico. En su trayecto, el impacto de estos vientos y chorros de luz con el gas que hay en la galaxia puede hacer que se prevenga la formación de estrellas (debido a que el gas destinado a formar estrellas es empujado fuera de las regiones de formación estelar) o al revés, que se generen nuevas estrellas (por compresión del gas). Debido a este control de los procesos de formación estelar, se cree que los agujeros negros supermasivos juegan un papel clave en el crecimiento y la evolución de las galaxias.
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Agujeros negros supermasivos en el universo temprano
Se cree que los agujeros negros supermasivos provienen de agujeros negros estelares, los cuales son el resultado de la muerte de una estrella masiva (esto es, unas 10 veces más masiva que nuestro Sol) después de que ésta explote en forma de supernova. Estos agujeros negros estelares pueden ir creciendo durante miles de millones de años gracias a ir engullendo la materia que tienen a su alrededor y a fusiones con otros agujeros negros estelares, hasta convertirse en supermasivos. Esto puede explicar la existencia de agujeros negros supermasivos en nuestro universo actual. Sin embargo, se han detectado agujeros negros supermasivos cuando el universo era muy joven, cuanto tenía menos de 500 millones de años (actualmente tiene 13.800 millones de años). En particular, el telescopio espacial James Webb está encontrando núcleos activos de galaxia cada vez más y más lejanos, es decir, cuando el universo era más y más joven. En 500 millones de años, estos agujeros negros supermasivos no tienen tiempo de haber crecido a partir de agujeros negros estelares, se necesitan muchos más años. Entonces, ¿cómo se han formado?
Galaxia espiral NGC 4395. Fuente: Wikipedia
Se cree que los agujeros negros supermasivos encontrados cuando el universo era muy joven tienen que haber crecido a partir de agujeros negros de masa intermedia, los cuales son más masivos que los estelares pero menos que los supermasivos, de ahí el término "de masa intermedia". Estos agujeros negros de masa intermedia o semilla sí que tienen tiempo a convertirse en supermasivos en menos de 500 millones de años a través de ir tragando la materia que tienen a su alrededor o por fusión con otros agujeros negros semilla. Los agujeros negros de masa intermedia se podrían formar pues en cúmulos estelares, en los que hay muchas estrellas y por lo tanto muchos agujeros negros estelares que se pueden fusionar en uno de masa intermedia. Otra opción es que los agujeros negros semilla se formasen a partir de la muerte de las primeras estrellas, las cuales eran mucho más masivas que las estrellas de hoy en día y por lo tanto, a su muerte, los agujeros negros que se crearon eran también mucho más masivos (esto es, de masa intermedia en vez de estelares).
La corona de un agujero negro supermasivo se representa como remolinos pálidos y cónicos sobre el disco de acreción en esta ilustración. Fuente: NASA/Aurore Simonnet (Sonoma State Univ.)
La búsqueda de agujeros negros semilla
Debido a que los agujeros negros semilla son menos masivos que los agujeros negros supermasivos, la materia a su alrededor no emite tanta radiación al ser tragada y por lo tanto los agujeros negros semilla son difíciles de detectar, sobretodo aquellos muy lejanos formados cuando el universo era joven. Por suerte, no todos los agujeros negros semilla de masa intermedia crecieron y se convirtieron en supermasivos. Aquellos que no encontraron otros agujeros negros con quien fusionarse o que no tuvieron suficiente materia a su alrededor para crecer deberían de encontrarse hoy en día tal y como eran cuando se formaron cuando el universo era joven. Estos agujeros negros semilla "relíquia" podrían encontrarse en galaxias enanas, las cuales son más pequeñas que las masivas y por lo tanto se espera que contengan agujeros negros de masa intermedia y no supermasivos. De hecho en los últimos años se han encontrado cientos de núcleos activos de galaxia en galaxias enanas cuyos agujeros negros tienen masas intermedias. Si estos agujeros negros son las relíquias de aquellos agujeros negros semilla del universo temprano que no crecieron para convertirse en supermasivos aún está por esclarecer.
Con el Telescopio de Horizonte de Sucesos se captó la imagen del agujero negro en el centro de la galaxia M87, rodeado por la emisión de gas caliente que gira a su alrededor bajo la intensa gravedad de su horizonte de sucesos. Fuente: NASA
La nueva generación de telescopios
En los próximos años esperamos que tanto el número de detecciones de agujeros negros supermasivos en el universo temprano como el de galaxias enanas que contengan agujeros negros de masa intermedia aumente de manera exponencial gracias una nueva generación de telescopios como son el telescopio espacial Euclid, el barrido espectroscópico DESI, o la red de radio telescopios SKA, además del telescopio espacial Webb, entre otros. Esto nos permitirá aclarar cuándo y cómo se formaron los agujeros negros supermasivos, así como comprender mejor cómo éstos afectan a las galaxias que los albergan.
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Mar Mezcua Pallerola
Licenciada en Física, especialización en Astrofísica. Doctora en Ciencias Naturales
Mar Mezcua Pallerola es investigadora del CSIC en el Instituto de Ciencias del Espacio.
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Autor: efernandez
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