Un equipo internacional de astrónomos ha confirmado la presencia de la fuente de rayos X ultraluminosa más extrema en una galaxia relativamente cercana. El hallazgo, que hoy se publica en The Astrophysical Journal, podría anunciar la existencia de un nuevo tipo de agujeros negros, los de masa intermedia.
Un grupo internacional de astrónomos de Reino Unido, Francia y EE UU, dirigidos desde la británica Universidad de Leicester, ha encontrado pruebas que confirman la distancia y el brillo de la fuente de rayos X ultraluminosa más extrema, lo que podría anunciar que existe una nueva clase de agujero negro.
Se trata de la fuente de rayos X ‘HLX-1’, el miembro más extremo de una extraordinaria clase de objetos (las fuentes de rayos X ultraluminosas), situada en la galaxia ESO 243-49 a una distancia de unos 300 millones de años luz de la Tierra. El espectro óptico de la fuente y su distancia se ha obtenido con el Telescopio Muy Grande (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile.
Los hallazgos de los astrónomos confirman que es correcta la luminosidad extrema (presenta un factor unas 100 veces superior al de la mayoría de los demás objetos de su clase y unas 10 veces mayor que el de la siguiente fuente de rayos X ultraluminosos más brillante).
Esto está obligando a los científicos a replantearse sus teorías sobre el brillo máximo de las fuentes de rayos X ultraluminosos y respalda la idea de que HLX-1 podría contener un agujero negro de masa intermedia, según apunta el equipo en el último número de The Astrophysical Journal.
Sus hallazgos les permiten demostrar concluyentemente que HLX-1 se encuentra realmente ubicada en la citada galaxia y que no es ni una estrella en primer plano ni una galaxia en segundo plano. La principal consecuencia de este descubrimiento es que las fuentes de rayos X ultraluminosos como HLX-1 pueden ser más brillantes de lo que inicialmente se pensaba, lo cual encaja con que al menos las más brillantes de ellas alberguen agujeros negros de masa intermedia.
Un agujero negro es un objeto ultradenso con un campo gravitatorio tan intenso que absorbe toda la luz que pasa cerca de él y no refleja nada.
Agujeros negros intermedios
Aunque los astrofísicos sospechaban que podría haber una clase intermedia de agujeros negros, con masas comprendidas entre uno y varios centenares de veces la del Sol, dichos agujeros negros no se habían detectado antes de forma fiable y su existencia ha sido tremendamente discutida dentro de la comunidad astronómica.
“Después de nuestro primer descubrimiento de la fuente de rayos X ultrabrillantes, nos interesaba mucho averiguar la distancia a la que realmente estaba, para así poder calcular cuánta radiación genera este agujero negro”, explica el autor principal del artículo, Klaas Wiersema, del Departamento de Física y Astronomía de Leicester.
“En imágenes tomadas con grandes telescopios, pudimos ver que una fuente óptica tenue estaba presente en la ubicación de la fuente de rayos X, situada cerca del núcleo de una galaxia grande y brillante. Sospechábamos que esta fuente óptica tenue estaba directamente relacionada con la fuente de rayos X pero, para estar seguros, teníamos que estudiar la luz de esta fuente en detalle mediante el Telescopio Muy Grande de Chile”.
“Los datos que obtuvimos usando el VLT tenían una calidad muy alta y nos permitieron separar la luz de la galaxia grande y brillante de la de la fuente óptica tenue”, prosigue el experto.
“Para nuestra inmensa alegría, encontramos en las mediciones resultantes exactamente lo que esperábamos: se detectaba la luz característica de los átomos de hidrógeno, lo que nos permitía medir con precisión la distancia a la que estaba este objeto. Esto nos proporcionó una prueba concluyente de que el agujero negro realmente estaba situado dentro de la galaxia grande y brillante, y de que HLX-1 es la fuente de rayos X ultraluminosos más brillante que se conoce”.
“Ahora que hemos determinado la distancia a la que está este agujero negro y que sabemos dónde se encuentra, nos gustaría averiguar qué hace que esta fuente sea tan brillante y cómo terminó en esa gran galaxia”.
Este resultado es “muy importante” para los investigadores, ya que es compatible con la idea de que HLX-1 contiene un agujero negro de masa intermedia. Las fuentes de rayos X ultraluminosos se encuentran entre los candidatos más prometedores a albergar agujeros negros de masa intermedia, con masas comprendidas entre las de los agujeros negros de masa estelar (entre unas 3 y 20 veces la masa del Sol) y las de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de la mayoría de las galaxias (entre un millón y 1000 millones de veces la masa del Sol).
Confirmar el intenso brillo
Ahora, el equipo de investigación puede probar concluyentemente que HLX-1 no está en nuestra galaxia y que no es un agujero negro supermasivo del centro de una galaxia lejana situada en segundo plano. Este resultado también confirma que realmente es tan brillante como se pensaba.
Didier Barret, del Centro de Estudio Espacial de las Radiaciones de Francia, comenta: “Los observatorios de rayos X XMM-Newton y Swift están observando atentamente esta fuente. Los últimos datos, que se obtuvieron cuando HLX-1 era muy tenue, indican que su comportamiento es muy similar al de los agujeros negros de masa estelar de nuestra propia galaxia, pero con un brillo entre unas 100 y 1000 veces superior”.
Sean Farrell, también del Departamento de Física y Astronomía de Leicester, “esto es muy difícil de explicar sin la presencia de un agujero negro de masa intermedia con una masa aproximada de entre 500 y 10 000 veces la del Sol. Por tanto, HLX-1 está, hasta ahora, resistiendo el escrutinio de la comunidad astronómica internacional”.
Se piensa que los centros de la mayoría de las galaxias contienen agujeros negros supermasivos y que estos poderosísimos núcleos tienen un enorme impacto en la galaxia que los rodea.
Los agujeros negros supermasivos depositan una inmensa cantidad de energía en las galaxias que los albergan, lo que tiene consecuencias tremendas en la formación de estrellas y el crecimiento de la galaxia en general. Los agujeros negros de masa intermedia podrían ser los elementos con los que se construyen los agujeros negros supermasivos.
“Entender cómo se forman y crecen los agujeros negros supermasivos es, por tanto, crucial para nuestra comprensión de la formación y evolución de las galaxias, lo que, a su vez, forma parte del camino que lleva a responder una de las preguntas realmente importantes: ¿cómo se formó y evolucionó nuestra galaxia?”, plantea el experto.
Los siguientes pasos
Sigue habiendo bastantes dudas sobre si todas las fuentes de rayos X ultraluminosos contienen agujeros negros de masa intermedia. El equipo de investigación de Farrell seguirá estudiando HLX-1 para comprender cómo se formó, dónde se ubica y qué la alimenta.
Con el fin de que puedan hacerlo, se les ha concedido cierto tiempo en el Telescopio Espacial Hubble para que tomen las imágenes de mayor resolución posible de esta galaxia anfitriona, lo cual les permitirá investigar en detalle la naturaleza del entorno que rodea a HLX-1 y la galaxia que la alberga. Una vez que se lleven a cabo las observaciones del Hubble, la mayoría de los grandes observatorios se habrán utilizado para estudiar esta fuente. Para preparar las observaciones del VLT también se usaron datos de los telescopios Magellan (gestionados desde EE UU).
El siguiente paso será averiguar si hay más objetos tan extremos como este y comparar lo que saben sobre HLX-1 con el conjunto de las fuentes de rayos X ultraluminosos. Esto les ayudará a comprender cuántos agujeros negros de masa intermedia podría haber en el espacio y dónde es probable que los encuentren.
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