¿Cuántos agujeros negros hay en el universo?

El número de agujeros negros en el Universo observable (una esfera de un diámetro de alrededor de 90.000 millones de años luz) en la actualidad es de unos 40 trillones, es decir, 40 seguido de 18 ceros. Es la cifra que se obtiene de un nuevo enfoque computacional para calcular el número de agujeros negros, presentado en The Astrophysical Journal.

La investigación ha sido abordada por el estudiante de doctorado de SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) Alex Sicilia, supervisado por la profesora Andrea Lapi y la doctora Lumen Boco, junto con otros colaboradores de esta centro italiano y de otras instituciones nacionales e internacionales.

Los autores investigaron la demografía de los agujeros negros de masa estelar, que son agujeros negros con masas entre unos pocos y cientos de masas solares, que se originaron al final de la vida de estrellas masivas.

“Este importante resultado se ha obtenido gracias a un enfoque original que combina el código SEVN de evolución estelar y binaria de última generación desarrollado por el investigador de SISSA, el Dr. Mario Spera, con prescripciones empíricas para estudios físicos relevantes. propiedades de las galaxias, especialmente la tasa de formación de estrellas, la cantidad de masa estelar y la metalicidad del medio interestelar (que son todos elementos importantes para definir el número y las masas de los agujeros negros estelares)”, informa el SISSA en un comunicado.

Explotando estos ingredientes cruciales en un enfoque autoconsistente, gracias a su nuevo enfoque de computación, los investigadores derivaron la cantidad de agujeros negros estelares y su distribución de masa a lo largo de toda la historia del Universo.

Alex Sicilia, primer autor del estudio, comenta: “El carácter innovador de este trabajo está en el acoplamiento de un modelo detallado de evolución estelar y binaria con recetas avanzadas para la formación estelar y el enriquecimiento de metales en galaxias individuales. Este es uno de los primeros y más robustos cálculos ab initio de la función de masa del agujero negro estelar a lo largo de la historia cósmica”.

Asimismo, según la nueva investigación, una cantidad notable de alrededor del 1 % de la materia ordinaria (bariónica) general del Universo está encerrada en agujeros negros de masa estelar.

La estimación del número de agujeros negros en el Universo observable no es el único tema investigado por los científicos en esta investigación. En colaboración con el doctor Ugo Di Carlo y la profesora Michela Mapelli de la Universidad de Padua, también exploraron los diversos canales de formación de agujeros negros de diferentes masas, como estrellas aisladas, sistemas binarios y cúmulos estelares.

Según su trabajo, los agujeros negros estelares más masivos se originan principalmente a partir de eventos dinámicos en cúmulos estelares. Específicamente, los investigadores han demostrado que tales eventos son necesarios para explicar la función de masa de los agujeros negros coalescentes según lo estimado a partir de las observaciones de ondas gravitacionales de la colaboración LIGO/Virgo.

Un agujero negro super masivo

Un equipo liderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), ha observado las regiones centrales de la galaxia OJ 287, revelando la existencia de un dúo único de agujeros negros.

El análisis de los datos reveló que esta espectacular fuente exhibe un chorro de plasma muy curvado que presenta varios nudos, o regiones más brillantes, cuya naturaleza se desconoce. La comparación de las observaciones espaciales y terrestres reveló una curvatura progresiva del chorro con una resolución angular creciente, en concordancia con las predicciones teóricas que sostienen que OJ 287 no alberga uno, sino dos agujeros negros supermasivos, con el secundario orbitando al primario y perforando su disco de acreción dos veces cada 12 años.

Además, el equipo comprobó que, en tanto que la energía de las regiones más internas del chorro surge de las partículas de plasma, a distancias mayores procede tanto de las partículas como del campo magnético local. También hallaron indicios de que el campo magnético, en las regiones más internas, se halla enroscado en una estructura helicoidal que concuerda con los modelos de formación de chorros.

“Estos resultados suponen un paso adelante en nuestro conocimiento sobre la morfología de los chorros en las cercanías del motor central. Confirman, también, el papel de los campos magnéticos en su lanzamiento y registran, una vez más, indicios indirectos de la existencia de un sistema binario de agujeros negros en el corazón de OJ 287″, apunta en un comunicado Thalia Traianou, investigadora del IAA-CSIC que participa en el trabajo.

El hallazgo ha sido posible gracias a la técnica conocida como interferometría de muy larga base (VLBI), que permite que múltiples radiotelescopios separados geográficamente trabajen al unísono, funcionando como un telescopio con un diámetro equivalente a la distancia máxima que los separa.

En este caso, el equipo científico observó OJ 287 con antenas terrestres y en el espacio. La participación de la antena en órbita de diez metros Spektr-R (misión RadioAstron, del Centro Espacial Astro de Moscú y apoyada por la Agencia Espacial Rusa), permitió crear un radiotelescopio con un diámetro 15 veces mayor que el de la Tierra. La imagen resultante es equivalente a distinguir, desde tierra, una moneda de 20 céntimos en la superficie de la Luna. “Nunca hemos observado el funcionamiento interno del chorro en OJ287 con un detalle tan fino”, destaca Traianou.

A día de hoy, una de las principales incógnitas relacionadas con la formación de agujeros negros supermasivos se conoce como el problema del pársec final.

La teoría sugiere que todos los sistemas binarios de agujeros negros mantendrán para siempre una distancia de alrededor de un pársec (un pársec equivale a 3,26 años luz), debido a la dificultad en disipar el momento angular cuando los dos agujeros negros están aislados de otras interacciones gravitatorias, y la separación entre ellos no es lo suficientemente pequeña como para que emitan ondas gravitatorias. La detección y estudio de las ondas gravitatorias emitidas por estos sistemas podrían confirmar o descartar esta teoría.