Un agujero negro extrañamente masivo descubierto en la galaxia satélite de la Vía Láctea

Los astrónomos de la Universidad de Texas en el Observatorio McDonald de Austin han descubierto un inusualmente masivo calabozo en el centro de uno de los vía LácteaLas galaxias satélite enanas, llamadas Leo I. Casi como el agujero negro de nuestra galaxia, el descubrimiento podría redefinir nuestra comprensión de cómo evolucionan todas las galaxias, los componentes básicos del universo. El trabajo se publica en un número reciente de El diario astrofísico.

El equipo decidió estudiar Leone I precisamente por su particularidad. 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: cómo cambia la densidad de la materia oscura desde los bordes exteriores de la galaxia hasta su centro. Lo hicieron midiendo su atracción gravitacional sobre las estrellas: cuanto más rápido se mueven las estrellas, más materia está encerrada en sus órbitas. Específicamente, el equipo quería saber si la densidad de la materia oscura aumenta hacia el centro de la galaxia. También querían saber si las medidas de su perfil coincidían con las 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 pequeña 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 (caja)

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

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

“Los modelos gritan que necesitas un agujero negro en el centro; realmente no necesitas mucha materia oscura ”, dijo Gebhardt. “Tienes una galaxia muy pequeña que está cayendo 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 difería de los estudios anteriores de Leo I debido a una combinación de mejores datos y simulaciones de supercomputadoras. La región central y densa de la galaxia estaba en su mayor parte inexplorada en estudios previos, que se centraron en las velocidades de las estrellas individuales. El estudio actual mostró que para esas pocas velocidades que se tomaron en el pasado, hubo una propensión a velocidades más lentas. Esto, a su vez, redujo la cantidad inferida de materia encerrada dentro de sus órbitas.

El telescopio Harlan J. Smith de 2.7 metros (107 pulgadas) de la Universidad de Texas en el Observatorio McDonald’s en Austin. Crédito: Marty Harris / Observatorio McDonald

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

El descubrimiento podría afectar la comprensión de los astrónomos sobre la evolución de las galaxias, ya que «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 esferoides enanas», durante 20 años para comprender cómo se distribuye la materia oscura dentro de las galaxias, añadió Gebhardt. Este nuevo tipo de fusión de agujeros negros también proporciona a los observadores de ondas gravitacionales una nueva señal que buscar.

«Si la masa del agujero negro Leo I es alta, eso podría explicar cómo crecen los agujeros negros en galaxias masivas», dijo Gebhardt. Esto se debe a que con el tiempo, a medida que las galaxias pequeñas como Leo 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 MPE en Alemania, VIRUS-W es el único instrumento en el mundo capaz de realizar este tipo de estudio de perfil de materia oscura. Noyola señaló que muchas galaxias enanas del hemisferio sur son buenos objetivos, pero ningún telescopio del hemisferio sur está equipado para esto. Sin embargo, el telescopio gigante de Magallanes (GMT) actualmente en construcción Chile fue, en parte, diseñado 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 Leo I enano esferoidal» por MJ Bustamante-Rosell, Eva Noyola, Karl Gebhardt, Maximilian H. Fabricius, Ximena Mazzalay, Jens Thomas y Greg Zeimann, 5 de noviembre 2021, El diario astrofísico.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac0c79