Un nuevo estudio desvela que algunos agujeros negros supermasivos rotan más rápido de lo que se esperaría. Algo que puede ayudar a entender mejor la historia de su formación y la evolución de la galaxia en la que se encuentran. La rotación es mucho más útil de lo que pudiéramos creer…

Agujeros negros que rotan más rápido de lo que se esperaría

El universo está repleto de agujeros negros; algunos que rotan más rápido y otros más lento. Una reciente encuesta astronómica, centrada en agujeros negros supermasivos, ha desvelado que su velocidad de rotación permite entender mejor la historia de su formación. Si queremos describir las características de un agujero negro supermasivo, hay dos datos especialmente importantes. Uno es su masa y el otro es su ritmo de rotación. Este último, en algunos casos, se cree que es muy cercano a la velocidad de la luz. Sin embargo, es un dato difícil de obtener (igual que la masa).

Los agujeros negros rotan más rápido de lo esperado
Esta es la primera imagen de un agujero negro: M87*, en el centro de la galaxia Messier 87. Crédito: NSF

Pero conseguir una medición precisa es importante porque permite entender la evolución de un agujero negro. Un grupo de investigadores ha analizado el ritmo de rotación de los agujeros negros a lo largo de la historia del universo. Han estudiado los agujeros negros supermasivos, en el centro de las galaxias grandes, desde el presente hasta hace 7000 millones de años. El proyecto también ha dejado observaciones detalladas de los discos de acreción (discos de material) asociados a los agujeros negros que se han observado.

Estos discos de material se calientan a medida que se acerca al agujero negro. Medir esa región es importante porque, sabiendo la masa del agujero negro y la estructura del disco, se puede medir el ritmo de rotación. Generalmente, los astrónomos estiman el ritmo de rotación observando cómo se comporta la materia que cae hacia el agujero negro. Los resultados de la encuesta astronómica, que ha medido la masa de cientos de agujeros negros, fue una sorpresa. Los investigadores explican que se debe a la importancia de la rotación.

Arqueología de agujeros negros

Al permitir comprender la historia de formación de estos objetos, los investigadores han visto que, sorprendentemente, algunos rotaban demasiado rápido para haberse formado únicamente por colisiones entre galaxias. En gran parte, deberían haberse formado por la caída de material, permitiendo que el agujero negro creciese de manera suave y acelerando su rotación. Según explica Logan Fries, autor del estudio, en otros trabajos se hablaba de la rotación de agujeros negros desde el punto de vista teórico y fijándose en fusiones de agujeros negros.

Fries quería descubrir si la rotación se podía medir a partir de observaciones. Explica que la historia del crecimiento de agujeros negros requiere de mediciones más precisas de lo que se ha publicado hasta ahora. No es fácil conseguirlas, porque es muy difícil separar la rotación del agujero negro de la rotación del disco de acreción a su alrededor. La clave, explica su profesor, Jonathan Trump, está en analizar la región más interna, donde el gas está cayendo al horizonte de sucesos del agujero negro. UN agujero negro en rotación arrastra ese material más cercano.

Por lo que se produce una diferencia observable al analizar las mediciones. Para poder profundizar en la masa y rotación de un agujero negro es necesario disponer de mediciones de espectro. Las realizadas por la Sloan Digital Sky Survey contiene pequeños cambios en el espectro, hacia longitudes de onda de luz de menor longitud. Ese cambio es una gran pista para determinar el ritmo de rotación del agujero negro y Logan Fries lo define como arqueología de agujeros negros. El motivo es que intentan entender cómo ha crecido la masa del agujero negro a lo largo del tiempo.

El «registro fósil» para entender por qué rotan más rápido

En cierto modo, añade Fries, se puede decir que al analizar la rotación de un agujero negro se está estudiando su registro fósil. ¿Qué cuenta ese «registro»? En primer lugar, pone en duda esa imagen dominante de que los agujeros negros siempre se crean en las colisiones entre galaxias. Es decir, cuando dos galaxias se unen, también lo hacen sus agujeros negros. Cada galaxia tiene su propia velocidad de rotación y orientación, y se incorporan en esa fusión. Las rotaciones podrían cancelarse entre sí exactamente del mismo modo que se suman.

Ilustración artística de un agujero negro con una corona de materia, observado en rayos X. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Si esto fuese cierto, entonces se debería observar una gran variedad de velocidades de rotación. Algunos deberían rotar muy rápido y otros no tanto. La sorpresa es que muchos agujeros negros, en su lugar, parecen rotar más rápido de lo esperado. Todavía más llamativo es que los más lejanos parecen rotar más rápido que los más cercanos. Fries explica que han descubierto que, hace unos 10 000 millones de años, los agujeros negros conseguían su masa principalmente por medio de la absorción de material de su entorno.

Ese ritmo de rotación más rápido en la antigüedad implica que la mayoría de agujeros negros supermasivos (como el de nuestra galaxia) crecieron a lo largo del tiempo acumulando gas y masa de manera suave y controlada. Además, parece que el crecimiento por colisión frena la rotación de esos agujeros negros masivos, y permitiría explicar por qué se ve una mayor variedad de velocidades de rotación en el presente. Las observaciones de telescopios como James Webb permitirán tener más objetivos para estudiar y mediciones más precisas para seguir profundizando en el estudio de los agujeros negros…

El estudio está disponible en formato PDF (de la presentación en la American Astronomical Society) en este enlace.

Referencias: Universe Today