Imagen del Cúmulo galáctico Abell 85, en culo centro se encuentra la galaxia Holmberg 15A – Chandra X-Ray Observatory/NASA

Hallan el mayor agujero negro de la Historia:

Tiene 40.000 millones de masas solares. El colosal objeto se encuentra en el corazón de la galaxia Holmberg 15A, a 700 millones de años luz de la Tierra.

ABC – CIENCVIA

Sabemos que los agujeros negros pueden llegar a ser grandes, muy grandes, en especial los que residen en los centros de la mayoría de las galaxias. Nuestra Vía Láctea, sin ir más lejos, alberga en su corazón a Sagitario A*, un auténtico «monstruo» con una masa equivalente a la de cuatro millones de soles. No en vano, esta clase de agujeros negros reciben el nombre de «supermasivos». Pero por muy impresionante que parezca, Sagitario A* parecería ridículamente pequeño al lado de muchos otros agujeros negros similares, que tienen decenas, centenares e incluso miles de millones de veces la masa de nuestro Sol.

Ahora, un equipo de investigadores capitaneados por Kianusch Mehrgan, del Instituto Max Planck para la Física Extraterrestre, acaba de identificar un ejemplar extraordinario, único. Y gigantesco incluso si se le compara con los mayores agujeros negros conocidos hasta ahora. Su masa, en efecto, supera los 40.000 millones de masas solares. Para esta bestia, incluso el término «supermasivo» se ha quedado corto. Sus descubridores, de hecho, se refieren a él como «ultramasivo».

Este oscuro y enorme coloso espacial se encuentra en el centro de Holmberg 15A, una galaxia elíptica supergigante situada a 700 millones de años luz de distancia, justo en medio del cúmulo de galaxias Abell 85. No hace falta decir que el objeto es uno de los mayores agujeros negros jamás encontrados, y el mayor localizado hasta ahora por el método de medir el movimiento de las estrellas que hay a su alrededor.

Algunos cálculos anteriores, basados en la dinámica de la galaxia y del cúmulo que la contiene, habían estimado para este agujero negro una masa aún mucho mayor (cerca de 310.000 millones de masas solares). Pero todos esos cálculos se llevaron a cabo a partir de mediciones indirectas del agujero negro. La de Mehrgan y sus colegas, sin embargo, es la primera medición directa del objeto conseguida hasta ahora.

El espectacular hallazgo, que se publicará próximamente en The Astrophysical Journal, puede consultarse ya en el servidor arXiv de la Universidad de Cornell. Según se explica en el propio artículo, los investigadores analizaron la cinemática estelar de Holmberg 15A «a partir de nuevas observaciones espectrales de amplio campo de alta resolución». Y encontraron «un agujero negro supermasivo con una masa de (4.0 ± 0.80) × 1010 masas solares en el centro de la galaxia. Se trata del agujero negro más masivo hallado con una detección dinámica directa en en el Universo local».

Con sus 40.000 millones de masas solares, el agujero negro es tan grande que su horizonte de sucesos (la frontera invisible que, una vez cruzada, no permite que nada pueda volver a salir) englobaría sobradamente las órbitas de todos los planetas del Sistema Solar. Para hacernos una idea de su magnitud, basta con pensar que Plutón se encuentra, como promedio, a 39,5 Unidades Astronómicas del Sol (una Unidad Astronómica, o UA, equivale a la distancia que hay entre el Sol y la Tierra, unos 150 millones de km). Y que la heliopausa, donde el viento solar pierde prácticamente toda su fuerza, se encuentra a 123 UA del astro Rey. Pues bien, el horizonte de sucesos de Holm 15A*, como se ha dado en llamar al colosal agujero negro, se extiende a lo largo de 790 UA. Resulta difícil imaginar siquiera algo de ese tamaño.

«El agujero negro supermasivo de la galaxia Holmberg 15A -escriben los investigadores-, no solo es el más masivo encontrado hasta ahora, sino que también es de cuatro a nueve veces más grande de lo esperado dada la masa estelar del bulbo de la galaxia y la velocidad de dispersión de sus estrellas».

Una posible explicación para su enorme tamaño sería que Holm 15A* procede de la fusión de dos agujeros negros más pequeños durante una antigua colisión entre dos galaxias, que se unieron para formar una mucho mayor. Ahora, los investigadores quieren seguir estudiando esta «bestia impresionante», realizar modelos más complejos y detallados y comparar sus resultados con las observaciones, para tratar así de descubrir cómo exactamente pudo llegar a formarse un agujero negro tan desproporcionadamente grande.

La pregunta, por supuesto, es la siguiente: si sucedió una vez, puede volver a pasar, de modo que ¿cuántos agujeros negros «ultramasivos» puede haber ahí fuera? ¿Y es posible que los haya todavía más grandes? La respuesta podría llegar con las próximas investigaciones.

[?]

Campos Magnéticos en Agujeros Negros Supermasivos

“Primera imagen real de la historia de un agujero negro supermasivo ubicado en el centro de la galaxia M87 presentado el 10 de abril de 2019 por el consorcio internacional Telescopio del Horizonte de Sucesos.”

Los agujeros negros supermasivos encierran buena parte de los principales misterios que hoy tiene planteados la astrofísica. Por ejemplo, seguimos sin saber cómo pudieron adquirir miles de millones de veces la masa solar en tan poco tiempo, cientos de millones de años, después del Big Bang. La presión de la radiación emitida en un ritmo de acrecimiento de material tan rápido tendría que haber frenado el proceso.

Además, el acrecimiento suele venir acompañado de eyección en forma de chorros relativistas de parte del material.  El modelo más aceptado para explicar la producción de estos chorros, que se mantienen extraordinariamente enfocados hasta distancias extragalácticas, es el llamado proceso de Blandfrod-Znajek que, si bien se entiende a nivel energético, no concreta la dinámica.

“Arriba: representación artística de un agujero negro supermasivo absorbiendo materia de una estrella cercana. Abajo: imágenes de un supuesto agujero negro supermasivo devorando una estrella en la galaxia RXJ 1242-11. Izq.: en rayos x; Der.: en luz visible.^“

Según este modelo, intensos campos magnéticos en la parte más interna del disco de acrecimiento extraerían energía rotacional del agujero negro y la transformarían en energía cinética para los chorros relativistas.

Completar la teoría requiere estudiar estos fascinantes astros a través de nuevas ventanas observacionales (mayores sensibilidades y resoluciones). Gran parte de la información disponible sobre las inmediaciones del agujero negro proviene de simulaciones y de extrapolaciones a partir de regiones muy distantes. Por ejemplo, los campos magnéticos se habían medido en los chorros a grandes distancias (varios años-luz) del agujero negro pues, cerca de éste, el chorro absorbe completamente su propia radioemisión.

       Concepción artística de un agujero y la acreción del disco negro supermasivo

Iván Martí-Vidal, en el Observatorio Espacial Onsala de la Chalmers University of Technology, y otros colegas en este centro acaban de informar (DOI:10.1126/science.aaa1784) que han conseguido detectar señales del campo magnético desde la base misma del chorro, observando para ello radiofrecuencias muy altas, para las que esa zona deja de ser opaca. Estudiando cómo depende el ángulo de polarización de la longitud de onda, los investigadores han detectado la rotación de Faraday debida al campo magnético en el punto donde nace el chorro relativista. Y esta rotación ha resultado ser cientos de veces mayor que la máxima jamás detectada en astronomía, revelando así la enorme intensidad del campo magnético asociado al nacimiento del chorro relativista.

“Arriba, tres simulaciones por GRMHD del el 11 de abril de 2017. Abajo, los mismos modelos teóricos, procesados a través la tecnología de simulación VLBI, emulando el ruido que provoca la atmósfera terrestre en la observación. Imagen: K. Akiyama et al.”

En definitiva, Martí-Vidal y sus colegas en Suecia han obtenido, por primera vez de forma directa, una señal del campo magnético que habita precisamente en el lugar donde se ultima el proceso de Blandfrod-Znajek. Esto completa de modo importante el conocimiento que hasta ahora se tenía de estos exóticos objetos, que provenía de extrapolaciones dependientes del modelo. Es un paso más para entender el papel fundamental que los agujeros negros han podido tener en la evolución del Universo.

Revista RSEF, Volumen 29 número 2 de 2.015

[?]

https://www.abc.es/ciencia/abci-resuelto-misterio-formacion-agujeros-negros-supermasivos-201907020928_video.html

Resulto el misterio de la formación de los agujeros negros supermasivos

Los científicos llevan décadas estudiando su composición sin poder señalar con certeza su origen

Aunque la comunidad científica está de acuerdo en la formación de los agujeros negros como consecuencia de la muerte de una estrella y la acción de la gravedad, lo que no estaba tan claro, era el origen de los agujeros negros supermasivos.

Y es que el grado de madurez de estos monstruos no coincidía con su aparición en el tiempo. Ahora, un equipo de astrofísicos de la Western University, en Canadá, señala a un colapso instantáneo de la materia como la explicación a este aparente desfase.

[?]

Resuelto el mistertio del origen de los agujeros negros supermasivos

En contra de lo que se creía, no se formaron a partir del colapso de estrellas, sino de forma directa poco tiempo después del Big Bang

Los agujeros negros supermasivos, esos que hoy podemos observar en los centros de la mayoría de las galaxias, son algo muy difícil de explicar. Y es que hasta ahora los investigadores que lo han intentado, y que lo siguen intentando, se han encontrado con una serie de dificultades prácticamente insalvables a la hora de escribir sus historias.

Estrellas supermasivas que al final de sus vidas (se creía) se convertían en agujeros negros

¿De dónde vienen estos gigantescos y oscuros objetos, que pueden llegar a tener hasta miles de millones de veces la masa del Sol? ¿Cómo llegaron a formarse? ¿Y cómo, a pesar de su extrañeza, pueden haber llegado a ser tan numerosos? Ahora, un equipo de astrofísicos de la Western University, en Canadá, parece haber encontrado una respuesta a este misterio cósmico. Los resultados de su trabajo se acaban de publicar en la revista The Astrophysical Journal Letters.

Por lo que sabemos, un agujero negro se forma tras el colapso gravitatorio de una estrella de por lo menos cinco masas solares que, al quedarse sin combustible, es aplastada por su propia gravedad. Cuando la estrella ha consumido todo su combustible nuclear (por ejemplo hidrógeno o helio), su horno se apaga. Y una estrella no es más que el delicado equilibrio entre dos fuerzas: la que se ejerce «de dentro hacia fuera» gracias a la combustión nuclear; y la que ejerce «de fuera hacia dentro» la implacable gravedad.

El delicado equilibrio de las estrellas

Al desaparecer ese equilibrio, nada se opone a la gravedad, que comprime a la estrella hasta convertirla en un amasijo de materia superdensa y en la que ni siquiera queda ya espacio entre los átomos. Y aún más allá, la gravedad aplasta también ese núcleo endurecido hasta convertirlo en algo ralmente pequeño, pero de una densidad inconcebible. Llega un momento en que la materia comprimida no resiste más y explota con una violencia inusitada: una supernova. Las capas externas de la estrella moribunda salen disparadas al espacio en una explosión de enorme energía, y en el centro queda un punto de infinita densidad, de tamaño microscópico pero con la mayor parte de la masa de la estrella original en su interior. Se ha formado un agujero negro.

Ahora bien, eso vale para agujeros negros de «tamaño estelar», y sabemos que nuestra propia galaxia, y el Universo entero, está lleno de ellos. Otra cosa muy diferente son los agujeros negros supermasivos, muchísimo más grandes y pesados. No resulta raro, por ejemplo, encontrarlos del tamaño de todo nuestro Sistema Solar, y con una masa equivalente a la de varios miles de millones de soles.

¿De dónde vienen los monstruos supermasivos?

Según la teoría más aceptada, estos gigantes oscuros nacieron de la misma forma, tras el colapso de estrellas, y fueron creciendo a medida que iban devorando más y más materia, hasta convertirse en los auténticos «monstruos» que son en la actualidad. Lo malo es que para que un agujero negro «normal» crezca hasta convertirse en uno supermasivo, se necesita una enorme cantidad de tiempo. Y resulta que los científicos han encontrado agujeros negros supermasivos ya perfectamente formados cuando el Universo apenas tenía unos pocos cientos de millones de años. Tiempo a todas luces insuficiente para permitir un crecimiento tan desproporcionado.

En 2017, por ejemplo, los astrónomos encontraron un agujero negro de 800 millones de masas solares que se había formado «solo» 690 millones de años tras el Big Bang. Es decir, que nació, casi, en los primeros días de existencia del propio Universo, mucho antes del tiempo que la teoría considera necesario para alcanzar ese tamaño.

¿Cómo crecieron tan rápido?

Según Shantanu Basu y Arpan Das, del Departamento de Física y Astronomía de la Western University, esos agujeros negros se formaron de forma «directa», es decir, sin necesidad de surgir de entre las cenizas de una estrella muerta. Los dos investigadores, en efecto, han desarrollado una explicación alternativa para la distribución observada de masas y luminosidades de agujeros negros supermasivos. Algo que no existía hasta ahora.

El nuevo modelo se basa en una suposición muy simple: los agujeros negros supermasivos se forman muy rápidamente, en periodos muy, muy cortos de tiempo y, de repente, se detienen.

«Se trata de una evidencia observacional de que los agujeros negros se originan a partir de colapsos directos de materia, y no de restos estelares», asegura Shantanu Basu.

Basu y Das desarrollaron un nuevo modelo matemático calculando la función de masa de los agujeros negros supermasivos que se forman durante un periodo de tiempo concreto y experimentan un rápido crecimiento exponencial en sus masas. Según los investigadores, dicho crecimiento puede ser regulado por el llamado «límite de Eddington», que se establece por medio de un equilibrio entre las fuerzas de radiación y de gravedad.

«Los agujeros negros supermasivos -explica Basu- solo dispusieron de un periodo de tiempo muy corto para crecer rápido y luego, en algún momento, debido a toda la radiación del Universo creada por otros agujeros negros y estrellas, su producción se detuvo. Ese es el escenario del colapso directo».

Este nuevo modelo permite masas iniciales muy grandes, muy superiores a las que alcanza un agujero negro surgido de la muerte de una estrella, y tiene un gran potencial para explicar las observaciones de los astrónomos. El fenómeno, sin embargo, solo se produjo durante los primeros tiempos de existencia del Universo, antes de que éste se llenara completamente de radiación. La explicación pone así punto y final a un misterio que ha tardado décadas en resolverse.

[?]

Simulación del horizonte de sucesos de un agujero negro – EHT

Máxima expectación por la primera fotografía de un agujero negro

Todo apunta a que el consorcio global del Event Horizon Telescope presentará dos imágenes del horizonte de sucesos de dos agujeros negros supermasivos, uno en el centro de la Vía Láctea y otro en la galaxia M87

Nunca hasta ahora se ha visto uno de estos objetos. El hallazgo es clave para confirmar las predicciones de la relatividad de Einstein y estudiar estos cuerpos, fundamentales en la evolución de las galaxias

Todo apunta a que faltan poco más de 24 horas para que la humanidad presencie, por primera vez en la historia, la fotografía de un agujero negro. Este podría ser el motivo por el cual este miércoles astrónomos de todos los rincones del mundo han convocado una docena de ruedas de prensa para anunciar los primeros resultados del consorcio del « Event Horizon Telescope», EHT, cuya finalidad es tomar una instantánea del horizonte de sucesos de un agujero negro. Aunque la existencia de estos objetos es aceptada de forma universal, gracias a sus efectos gravitatorios sobre cuerpos cercanos, nadie ha visto uno hasta ahora.

A las 15.00 de la tarde, hora peninsular española, los 200 astrónomos del proyecto EHT presentarán los resultados de su campaña de observación de 2017. Habrá ruedas de prensa en Bruselas, Lyngby, Santiago de Chile, Shanghai, Tokio, Taipei y Washington. En Bruselas, la rueda de prensa se celebrará en el edificio de la Comisión Europea, el Berlaymont, y, en Madrid, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha convocado a todos los medios.

¿Qué veremos?

Por el momento, se desconoce cuáles son los resultados que se harán públicos, pero, en el caso más favorable, se observarán simulaciones del horizonte de sucesos del agujero negro supermasivo del centro de la Vía Láctea, conocido como Sagitario A*, y de otro situado en el centro de la galaxia vecina M87, en la constelación de Virgo, y que está emitiendo un jet de energía de miles de años luz de largo.

Los agujeros negros supermasivos son objetos que almacenan la masa de millones de soles en espacios muy reducidos, y que se caracterizan por estar rodeados por una banda de plasma (gas muy caliente) girando a enormes velocidades. También se caracterizan por tener un horizonte de sucesos, que es una región que funciona como un punto de no retorno que, una vez atravesado, impide que nada, ni la luz, escapen del interior de estos objetos. Se puede decir, por tanto, que los agujeros son pozos gravitacionales en los que el espacio-tiempo colapsa y atrapan la luz y la materia a perpetuidad. Por último, dentro de los agujeros negros existe una singularidad gravitacional, un punto sin dimensiones con densidad infinita.

Tal como explicó para este periódico Sheperd Doeleman, director del proyecto EHT, en 2017, con estas observaciones se espera ver un anillo luminoso de materia rodeando los agujeros negros, caracterizado por su asimetría debido al efecto doppler: dado que los agujeros están rotando, y como en un lado del anillo la luz y la materia se mueven hacia nosotros, nos parece más brillante, mientras que en el otro lado la luz y el material se están alejando, por lo que parecen más tenues. Por tanto, en principio las imágenes de los agujeros negros recordarían mucho a las de la película «Interestellar», con la diferencia de que este no representa la mencionada asimetría.

En todo caso, resta por ver si los astrónomos han conseguido que las imágenes sean lo suficientemente nítidas como para poder comparar lo observado con lo predicho por las teorías. De hecho, uno de los problemas que los investigadores han tenido que hacer frente es el ruido introducido por los sistemas electrónicos en las observaciones.

Un telescopio global

Sean cuales sean los resultados que se muestren este miércoles, son fruto de una campaña de observación llevada a cabo en 2017, en la que se coordinaron las observaciones de ocho radiotelescopios diferentes, por medio de relojes atómicos. Dichos telescopios observaron los agujeros negros en longitudes de onda de un milímetro (entre el infrarrojo y los microondas).

Estas observaciones se sincronizaron a través de una técnica conocida como interferometría, y que permite sumar varias antenas para lograr unos resultados similares a los de un instrumento gigantesco, tan grande como la Tierra. De hecho, en este caso se combinaron las observaciones de telescopios situados en Arizona y Hawái (Estados Unidos), España, México, Chile y el polo Sur.

Esta es la única forma de observar la silueta de los agujeros negros de la Vía Láctea o de M87 porque, aunque ambos son objetos grandes, para la escala humana, están extremadamente lejos. Por ejemplo, se cree que Sagitario A* (que tiene una masa de cuatro millones de soles) tiene un diámetro de 44 millones de kilómetros, lo que le permitiría caber en el interior de la órbita de Mercurio, pero resulta difícil de ver porque está a 26.000 años luz de la Tierra. El otro objeto, situado en M87, es 1.500 veces más masivo que Sagitario A*.

Según ha dicho Sheperd Doeleman, director del proyecto EHT, el reto es comparable al de ver una naranja puesta en la superficie de la Luna desde la Tierra.

Supercomputadoras y 4 petabytes de información

Hacer estas observaciones ha llevado mucho tiempo. Los astrónomos observaron estos agujeros negros durante cinco noches. Recogieron un total de cuatro petabytes de información (cuatro millones de gigabytes), que equivalen al «peso» que tendrían las canciones en formato MP3 necesarias para estar sonando 8.000 años seguidos. Los datos son tan voluminosos que los científicos no han podido transmitirlos por internet, sino que han tenido que moverlos por medio de discos duros.

Esta información se usó luego para elaborar modelos tridimensionales sobre ambos agujeros negros, contrastando los datos con las predicciones de la física para los agujeros negros en varias circunstancias. La tarea ha sido tan complicada, que los astrónomos han necesitado dos años para correlacionar, calibrar e interpretar los datos, con la ayuda de supercomputadores.

«Lo que supondría la imagen del agujero negro, si la conseguimos, sería coger la predicción más extraña y extrema de la relatividad general, uno de los mayores logros de la mente humana, y combinarla con la tecnología más avanzada con una colaboración a escala planetaria, en la que se han empleado las técnicas estadísticas más avanzadas y nuevas técnicas de imagen», dijo Peter Galison, miembro del equipo del EHT y científico en la Universidad de Harvard, en una conferencia celebrada en marzo. «Es como hacer una nueva cámara con un nuevo tipo de película y de lentes, combinándolo con otras cámaras a la vez».

Poner a prueba a Einstein

Según resaltó Galison, tomar una foto de un agujero negro no solo probaría la existencia e estos objetos, sino que permitiría poner a prueba las predicciones de la relatividad de Einstein.

«Einstein nos dijo hace 100 años cuál debería ser el tamaño y la forma de la sombra –de un agujero negro–», dijo Doeleman en dicha conferencia. «Si pudiéramos poner una regla junto a la sombra, podríamos poner a prueba la teoría de Einstein del límite del agujero negro». Hasta ahora, las observaciones habían permitido averiguar que el tamaño de la silueta de Sagitario A* es el que predice la teoría y que el horizonte es asimétrico, tal como se espera.

Nunca hasta ahora se ha predicho la relatividad de Einstein a esta escala. El último «empujón» relevante a esta teoría ocurrió en 2015, cuando se detectaron de forma directa, por primera vez, las ondas gravitacionales predichas por este científico, gracias a la fusión de parejas de agujeros negros. Ahora está por ver si Einstein también acertó a la hora de predecir cómo son los agujeros negros supermasivos, millones de veces más pesados que aquellos.

Y comprender a Sagitario A*

Además de afianzar, o no, la relatividad, las observaciones del EHT probablemente también revelarán interesantes datos sobre el agujero negro supermasivo de nuestra Vía Láctea. Tal como ha explicado a ABC Charles Hailey, experto en este objeto en la Universidad de Columbia (EE.UU.), «nuestro agujero negro supermasivo es muy misterioso: no pone mucha de su energía en forma de rayos X, como sí ocurre con los otros agujeros negros de muchas otras galaxias. Decimos que es infraluminoso, pero apenas estamos comenzando a entender por qué».

La clave está en que se desconocen los detalles de cómo la materia, gas y estrellas, que engullen los agujeros, es transformada en potente radiación, y también cómo caen hacia ellos, previamente. «Es muy probable que el EHT dilucide todas estas preguntas, sobre todo en combinación con otras observaciones en la banda de rayos X».

Saber todo eso es fundamental para estudiar cómo los agujeros negros supermasivos que existen en la mayoría de las galaxias influyen en su evolución. «Incluso cuando estos objetos apenas contribuyen a una pequeña parte de la masa de una galaxia, parecen tener un efecto desmesurado en su evolución. Este es sin duda un campo muy activo en la astrofísica ahora mismo».

Parece que en los próximos años lo estará aún más. Sheperd Doeleman ha dicho en The New York Times que en abril del año pasado el EHT hizo otra observación de Sagitario A* y de M87, y que por entonces recogieron el doble de datos que en la primera observación. «Nuestro plan es llevar a cabo estas observaciones de forma indefinida y ver cómo las cosas cambian», ha reconocido.

[?]