Extrañamente masivo agujero negro descubierto en la galaxia satélite de la Vía Láctea

Astrónomos de la Universidad de Texas en el Observatorio McDonald’s Austin encontraron una masa inusualmente masiva agujero negro en el corazón de uno de los vía LácteaGalaxias satélite enanas, llamadas Leo I. Casi tan masivo como el agujero negro de nuestra propia galaxia, este descubrimiento podría redefinir nuestra comprensión de la evolución de todas las galaxias, los componentes básicos del universo. El trabajo se publica en un número reciente de El diario de astrofísica.

El equipo decidió estudiar a Leo I por su peculiaridad. A diferencia de la mayoría de las galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea, Leo I no contiene mucha materia oscura. Los investigadores midieron el perfil de materia oscura de Leo I, que es cómo cambia la densidad de la materia oscura desde los bordes exteriores de la galaxia hasta su centro. Hicieron esto midiendo su atracción gravitacional en las estrellas: cuanto más rápido se mueven las estrellas, más materia está atrapada en sus órbitas. En particular, el equipo quería saber si la densidad de la materia oscura aumenta hacia el centro de la galaxia. También querían saber si la medición de su perfil coincidiría con las mediciones anteriores realizadas con datos de telescopios más antiguos combinados con modelos de computadora.

Los astrónomos del Observatorio McDonald han descubierto que Leo I (recuadro), una diminuta galaxia satélite de la Vía Láctea (imagen principal), tiene un agujero negro casi tan masivo como el de la Vía Láctea. Leo I es 30 veces más pequeño que la Vía Láctea. El resultado podría indicar cambios en la comprensión de los astrónomos sobre la evolución de las galaxias. Crédito: ESA / Gaia / DPAC; SDSS (insertar)

Dirigido por la reciente estudiante de doctorado de UT Austin María José Bustamante, el equipo incluye a los astrónomos de UT Eva Noyola, Karl Gebhardt y Greg Zeimann, así como a colegas del Instituto Alemán Max Planck de Física Extraterrestre (MPE).

Para sus observaciones, utilizaron un instrumento único llamado VIRUS-W en el telescopio Harlan J. Smith de 2,7 metros en el Observatorio McDonald.

Cuando el equipo introdujo sus datos mejorados y modelos sofisticados en una supercomputadora en el Centro de Computación Avanzada de Texas de UT Austin, lograron un resultado sorprendente.

“Los modelos gritan que necesitamos un agujero negro en el centro; realmente no necesitas mucha materia oscura ”, dijo Gebhardt. “Tienes una galaxia muy pequeña que cae en la Vía Láctea, y su agujero negro es tan masivo como el de la Vía Láctea. La relación de masa es absolutamente enorme. La Vía Láctea es dominante; el agujero negro de Leo I es casi comparable. El resultado no tiene precedentes.

Los investigadores dijeron que el resultado fue diferente de los estudios anteriores sobre Leo I debido a una combinación de mejores datos y simulaciones de supercomputadoras. La región central y densa de la galaxia estaba en gran parte inexplorada en estudios anteriores, que se centraron en las velocidades de las estrellas individuales. El estudio actual ha demostrado que para las pocas velocidades que se tomaron en el pasado, hubo un sesgo a favor de las velocidades bajas. Esto, a su vez, disminuyó la cantidad inferida de materia atrapada en sus cuencas.

El telescopio Harlan J. Smith de 2,7 metros (107 pulgadas) en el Observatorio Austin McDonald de la Universidad de Texas. Crédito: Marty Harris / Observatorio McDonald

Los nuevos datos se concentran en la región central y no se ven afectados por ella. La cantidad de materia inferida contenida en las órbitas de las estrellas se ha disparado.

El descubrimiento podría sacudir la comprensión de los astrónomos sobre la evolución de las galaxias, porque «no hay explicación para este tipo de agujero negro en las galaxias esferoidales enanas», dijo Bustamante.

El resultado es aún más importante ya que los astrónomos han utilizado galaxias como Leo I, llamadas «galaxias esferoidales enanas», durante 20 años para comprender cómo se distribuye la materia oscura en las galaxias, añadió Gebhardt. Este nuevo tipo de fusión de agujeros negros también le da a los observatorios de ondas gravitacionales una nueva señal a buscar.

«Si la masa del agujero negro León I es alta, esto puede explicar cómo se desarrollan los agujeros negros en las galaxias masivas», dijo Gebhardt. Esto se debe a que con el tiempo, a medida que las galaxias pequeñas como Leo I caen en galaxias más grandes, el agujero negro de la galaxia más pequeña se fusiona con el de la galaxia más grande, aumentando su masa.

Construido por un equipo de eurodiputados en Alemania, VIRUS-W es ahora el único instrumento en el mundo capaz de realizar este tipo de estudio de perfil de materia oscura. Noyola señaló que muchas galaxias enanas en el hemisferio sur son buenos objetivos para ella, pero ningún telescopio del hemisferio sur está equipado para ellas. Sin embargo, el Telescopio Gigante de Magallanes (GMT) actualmente en construcción, Chile fue diseñado en parte para este tipo de obra. UT Austin es socio fundador de GMT.

Referencia: “Análisis dinámico de la materia oscura y la masa del agujero negro central en el león esferoidal enano I” por MJ Bustamante-Rosell, Eva Noyola, Karl Gebhardt, Maximilian H. Fabricius, Ximena Mazzalay, Jens Thomas y Greg Zeimann, 5 de noviembre , 2021, El diario de astrofísica.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac0c79