Un nuevo estudio revela que los agujeros negros existen en pares equilibrados

Ha revelado un estudio que teóricamente es posible que los agujeros negros existan en pares perfectamente equilibrados, la hipótesis propuesta indica que se mantienen en equilibrio debido a que existe una fuerza cosmológica, imitando un solo agujero negro. Los científicos se refieren a esta fuerza misteriosa como una "constante cosmológica". En un Universo explicado por la teoría General de de la Relatividad, con una constante cosmológica, los agujeros negros se encuentran inmersos en un fondo cosmológico acelerado.

Los científicos se refieren a esta fuerza misteriosa como una "constante cosmológica".

Fotografía Europa Press.

Las teorías convencionales sobre los agujeros negros, basadas en la "Teoría de la Relatividad General", suelen explicar cómo los agujeros negros estáticos o giratorios pueden existir por sí solos, aislados en el espacio.

Los agujeros negros en pares eventualmente se verían frustrados por la gravedad que los atraería y colisionaría entre sí.

Sin embargo, esto es cierto si se supone que el Universo es estático, si permanece quieto.

Pero: ¿Qué pasa con uno que está en constante movimiento?;

¿Podrían existir pares de agujeros negros en armonía en un Universo en constante expansión, tal vez disfrazados de uno solo?

Ha dicho, en un comunicado el profesor Oscar Dias de la Universidad de Southampton: "El modelo estándar de cosmología supone que el "Big Bang" dio origen al Universo y que, hace aproximadamente nueve mil ochocientos millones de años, quedó dominado por una fuerza misteriosa, denominada 'energía oscura', que acelera el Universo a un ritmo constante".

Esto mueve los objetivos teóricos sobre cómo los agujeros negros pueden interactuar y existir juntos.

A través de "métodos numéricos complejos", un equipo liderado por la Universidad de Sotuhampton muestra que dos agujeros negros estáticos, que no giran, pueden existir en equilibrio: su atracción gravitacional se compensa con la expansión asociada con una constante cosmológica.

Incluso en la aceleración de un Universo en constante expansión, los agujeros negros permanecen encerrados a una distancia fija unos de otros. Por mucho que la expansión intente separarlos, la atracción gravitacional lo compensa.

Ha comentado el profesor Oscar Dias, autor de la investigación: "Visto desde lejos, un par de agujeros negros cuya atracción se ve compensada por la expansión cósmica parecerían un sólo agujero negro. Podría ser difícil detectar si se trata de un solo agujero negro o de un par de ellos".

El profesor Jorge Santos de la Universidad de Cambridge añade: "Nuestra teoría está probada para un par de agujeros negros estáticos, pero creemos que podría aplicarse también a los que giran. Además, parece plausible que nuestra solución pueda ser válida para tres o incluso cuatro agujeros negros, abriendo toda una gama de posibilidades".

Fue a principios del presente año, que surgió la noticia que hablaba de la localización de un par de agujeros negros situados a muy corta distancia, la fotografía publicada por la agencia de televisión  Deutsche Welle (DW), de origen alemán se muestra enseguida. 

Ilustración que muestra la presencia de dos agujeros negros próximos entre si y nunca antes detectados. Imagen tomada de DW, y así vez de ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Weiss, NRAO/AUI/NSF.

Un equipo de astrónomos ha avistado, con la ayuda del observatorio internacional "Large Millimeter/submillimeter Array" (ALMA) en Atacama en Chile, una pareja de "agujeros negros supermasivos" creciendo simultáneamente. El hallazgo se publicó el lunes 9 de enero en la revista "The Astrophysical Journal Letters".

Nunca antes se habían podido observar agujeros negros tan próximos entre sí. La pareja galáctica se encuentra en una Galaxia recién fusionada a quinientos millones de años luz de la Tierra, en relativa cercanía, por lo que es ideal para estudiar las etapas finales de las fusiones de galaxias, que ocurren a menudo en el Universo distante y pueden ser difíciles de observar.

Por su relativa cercanía a la Tierra, esta galaxia, denominada "UGC4211", y es una candidata ideal para estudiar las etapas finales de las fusiones de galaxias, que ocurren con mayor frecuencia en el Universo distante y, que por tanto, pueden ser difíciles de observar. Pero cuando los científicos utilizaron los receptores de alta sensibilidad de 1.3 mm de (ALMA) para observar en profundidad los núcleos galácticos activos de la fusión, esto es, áreas compactas y muy luminosas en las galaxias provocadas por la acumulación de materia alrededor de los agujeros negros centrales, se llevaron una sorpresa. No encontraron uno, sino dos agujeros negros que devoraban «glotonamente» el material producido durante la fusión. Y estaban «cenando» uno al lado del otro, separados por tan 'sólo' 750 años luz .

Los "Agujeros Negros" crecen "devorando" su entorno.

Los dos agujeros negros supermasivos identificados en este estudio tienen respectivamente 200 millones y 125 millones de veces la masa de nuestro Sol, pero, siguen creciendo al estar "devorando" el gas, el polvo, las estrellas e incluso otros agujeros negros que los rodean, por lo que se prevé que en un futuro colisionarán.

Aunque en términos cosmológicos se encuentran relativamente cerca uno del otro, con sólo 750 años luz de distancia entre ellos, la pareja no se fusionará hasta dentro de unos cientos de millones de años.

Lo que sucedió, es que en realidad, los astrónomos sólo querían investigar un agujero negro en la Galaxia "UGC4211". Pero al combinar las numerosas observaciones realizadas con un conjunto de siete telescopios, entre ellos el "Telescopio Espacial Hubble" (HST), se dieron cuenta de que lo que estaban viendo no era uno, sino dos agujeros negros. La corta distancia entre los agujeros negros recién descubiertos "se acerca bastante al límite de lo que podemos detectar, por eso es tan emocionante", afirma la doctora y profesora Chiara Mingarelli, coautora del estudio e investigadora asociada del Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron de Nueva York.

Imagen que ilustra la fusión de dos galaxias, tomada de la página de El Mundo.

La "Galaxia Andrómeda" se aproxima hacia la "Vía Láctea" a una velocidad de unos 420 mil kilómetros por hora,​ y algunos científicos especulan que ambas colisionarán dentro de unos cinco mil 860 millones de años, fusionándose en una galaxia mayor,​ en el evento conocido como "Lactómeda".

Añadió  Mingarelli: "Una vez que empezaron a buscar, encontraron la pareja con relativa facilidad, lo que significa que los agujeros negros supermasivos cercanos, son probablemente más comunes de lo que pensamos, dado que encontramos estos dos y no tuvimos que buscar muy lejos para encontrarlos".

Hasta ahora, los científicos se habían concentrado principalmente en estudiar las primeras etapas de las fusiones de Galaxias. La investigación es un gran paso para entender la futura fusión que ocurrirá entre la "Vía Láctea" y la Galaxia de Andrómeda, misma que ya se encuentra en su etapa inicial, aunque está previsto que ocurra dentro de 4 mil 500 millones de años.

El doctor Joe Pesce, astrofísico de la "National Science Foundation" (NSF), en español "Fundación Nacional de Ciencias", afirmó que: "Este fascinante descubrimiento nos demuestra el poder de ALMA y cómo la astronomía de múltiples longitudes de onda puede generar importantes resultados que amplíen nuestro conocimiento del universo, incluyendo agujeros negros, núcleos de galaxias activos, la evolución de las galaxias y mucho más."

Por otra parte el doctor  Michael Koss, científico investigador principal de "Eureka Scientific" y autor principal de la nueva investigación, reconoce que no esperaban encontrar dos agujeros negros juntos en crecimiento. Sin embargo, el nuevo descubrimiento podría allanar el camino para estudios adicionales sobre este emocionante fenómeno, y abundó en sus declaraciones: «ALMA es único porque puede ver a través de grandes columnas de gas y polvo y lograr una resolución espacial muy alta para ver cosas muy juntas. Nuestro estudio ha identificado uno de los pares de agujeros negros más cercanos en una fusión de galaxias, y como sabemos que las fusiones de galaxias son mucho más comunes en el Universo distante, estos binarios de agujeros negros también pueden ser mucho más comunes de lo que se pensaba anteriormente».

Si los pares de agujeros negros cercanos son realmente comunes, como postulan Koss y el equipo, podría haber implicaciones significativas para futuras detecciones de ondas gravitacionales.

Mientras tanto para Ezequiel Treister, que es un astrónomo y doctor de la Universidad Católica de Chile y coautor de la investigación, expresó: «Puede haber muchos pares de agujeros negros supermasivos en crecimiento en los centros de las galaxias que no hemos podido identificar hasta ahora. Si este es el caso, en un futuro cercano estaremos observando frecuentes eventos de ondas gravitacionales causados por las fusiones de estos objetos en todo el Universo».

Imagen de la representación artística de un agujero negro.

Tomada de Dirección General de Comunicación Social (DGCS), UNAM.

La combinación de datos de ALMA con observaciones de longitudes de onda múltiples de otros telescopios poderosos como el "Advanced X-ray Astronomical Facility", llamado "Chandra" (CXC), el ya mencionado (HST), así como el "Very Large Telescope" (VLT) de la agencia europea espacial (ESO) y Treister agregó aún más detalles a la historia. «Cada longitud de onda cuenta una parte diferente de la historia. Mientras que las imágenes ópticas terrestres nos mostraron toda la galaxia en fusión, el Hubble nos mostró las regiones nucleares en alta resolución. Las observaciones de rayos X revelaron que había al menos un núcleo galáctico activo en el sistema. Y (ALMA) mostró la ubicación exacta de estos dos agujeros negros supermasivos hambrientos y en crecimiento. Todos estos datos juntos nos han dado una imagen más clara de cómo las galaxias como la nuestra resultaron ser como son y en qué se convertirán en el futuro».

Ha señalado Joe Pesce, quién se desempeña como director del programa (NSF) para el "Observatorio Nacional de Radioastronomía": «Con la llegada de los detectores de ondas gravitacionales, tenemos la oportunidad de expandir aún más nuestros poderes de observación mediante la combinación de todas estas capacidades. No creo que haya realmente un límite para lo que podemos aprender».

Dijo Koss: "Lo que acabamos de estudiar presagia esa fusión y también nos da una idea de la conexión entre la fusión y el crecimiento de los agujeros negros y, finalmente, la producción de ondas gravitacionales".

En la actualidad todavía se desconoce lo que sucede con la materia que cae en el agujero negro atravesando este límite, porque para escalas pequeñas solo una "Teoría Cuántica de la Gravedad" podría explicarlos adecuadamente, pero no existe una formulación completamente consistente con dicha teoría.

Hablando de los enigmáticos agujeros negros, nos encontramos con que las teorías actualmente desarrolladas se puede especular sobre nuevas perspectivas, dándose un giro sorprendente en los fundamentos teóricos vigentes, que son renovados en función a las observaciones recientes, para las que se cuenta con poderosas herramientas tecnológicas, que permiten observar los detalles que anteriormente pasaban inadvertidos.