Agujero negro de masa intermedia - Intermediate-mass black hole
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Un agujero negro de masa intermedia ( IMBH ) es una clase de agujero negro con masa en el rango de 10 2 –10 5 masas solares : significativamente más que los agujeros negros estelares pero menos que los 10 5 –10 9 agujeros negros supermasivos de masa solar . Se han descubierto varios objetos candidatos a IMBH en nuestra galaxia y otras cercanas, basándose en observaciones indirectas de la velocidad de la nube de gas y de los espectros de los discos de acreción de varias fuerzas probatorias.
La señal de onda gravitacional GW190521 detectada el 21 de mayo de 2019 resultó de la fusión de dos agujeros negros, con un peso de 85 y 65 masas solares, con el agujero negro resultante con un peso de 142 masas solares.
Evidencia observacional
La señal de onda gravitacional GW190521 , que ocurrió el 21 de mayo de 2019 a las 03:02:29 UTC y se publicó el 2 de septiembre de 2020, resultó de la fusión de dos agujeros negros, que pesan 85 y 65 masas solares, con el agujero negro resultante pesando 142 masas solares y 9 masas solares irradiadas como ondas gravitacionales.
Antes de eso, la evidencia más sólida de IMBH proviene de unos pocos núcleos galácticos activos de baja luminosidad . Debido a su actividad, es casi seguro que estas galaxias contienen agujeros negros en crecimiento y, en algunos casos, las masas de los agujeros negros se pueden estimar utilizando la técnica de mapeo de reverberación . Por ejemplo, la galaxia espiral NGC 4395 a una distancia de aproximadamente 4 Mpc parece contener un agujero negro con una masa de aproximadamente 3,6 × 10 5 masas solares.
La muestra actualizada más grande de agujeros negros de masa intermedia incluye 305 candidatos seleccionados mediante un análisis sofisticado de un millón de espectros ópticos de galaxias recopilados por el Sloan Digital Sky Survey. Se detectó emisión de rayos X de 10 de estos candidatos confirmando su clasificación como IMBH.
Se sospecha que algunas fuentes de rayos X ultraluminosos (ULX) en galaxias cercanas son IMBH, con masas de cien a mil masas solares . Los ULX se observan en regiones de formación de estrellas (por ejemplo, en la galaxia de explosión estelar M82 ) y aparentemente están asociados con cúmulos de estrellas jóvenes que también se observan en estas regiones. Sin embargo, solo una medición de masa dinámica del análisis del espectro óptico de la estrella compañera puede revelar la presencia de un IMBH como el acreador compacto del ULX.
Se ha afirmado que algunos cúmulos globulares contienen IMBH, según las mediciones de las velocidades de las estrellas cerca de sus centros; la figura muestra un objeto candidato. Sin embargo, ninguna de las detecciones reclamadas ha resistido el escrutinio. Por ejemplo, los datos de M31 G1 , el objeto que se muestra en la figura, se pueden ajustar igualmente bien sin un objeto central masivo.
Se puede obtener evidencia adicional de la existencia de IMBH a partir de la observación de la radiación gravitacional , emitida por un binario que contiene un IMBH y un remanente compacto u otro IMBH.
Por último, la relación M-sigma predice la existencia de agujeros negros con masas de 10 4 a 10 6 masas solares en las galaxias de baja luminosidad.
Descubrimientos potenciales
En noviembre de 2004, un equipo de astrónomos informó del descubrimiento de GCIRS 13E , el primer agujero negro de masa intermedia en nuestra galaxia, que orbita a tres años luz de Sagitario A * . Este agujero negro mediano de 1300 masas solares se encuentra dentro de un cúmulo de siete estrellas, posiblemente el remanente de un cúmulo de estrellas masivo que ha sido destruido por el Centro Galáctico . Esta observación puede apoyar la idea de que los agujeros negros supermasivos crecen al absorber los agujeros negros más pequeños y las estrellas cercanas. Sin embargo, en 2005, un grupo de investigación alemán afirmó que la presencia de un IMBH cerca del centro galáctico es dudosa, basándose en un estudio dinámico del cúmulo de estrellas en el que se decía que residía el IMBH. Un IMBH cerca del centro galáctico también podría detectarse a través de sus perturbaciones en estrellas que orbitan alrededor del agujero negro supermasivo.
En enero de 2006, un equipo dirigido por Philip Kaaret de la Universidad de Iowa anunció el descubrimiento de una oscilación cuasiperiódica de un candidato de agujero negro de masa intermedia localizado utilizando el Explorador de sincronización de rayos X Rossi de la NASA . El candidato, M82 X-1 , está orbitado por una estrella gigante roja que está derramando su atmósfera en el agujero negro. Ni la existencia de la oscilación ni su interpretación como período orbital del sistema son totalmente aceptadas por el resto de la comunidad científica, ya que la periodicidad reivindicada se basa solo en unos cuatro ciclos, lo que significa que es posible que se trate de una variación aleatoria. . Si el período es real, podría ser el período orbital, como se sugiere, o un período superorbital en el disco de acreción, como se ve en muchos otros sistemas.
En 2009, un equipo de astrónomos dirigido por Sean Farrell descubrió HLX-1 , un agujero negro de masa intermedia con un cúmulo más pequeño de estrellas a su alrededor, en la galaxia ESO 243-49. Esta evidencia sugirió que ESO 243-49 tuvo una colisión galáctica con la galaxia HLX-1 y absorbió la mayor parte de la materia de la galaxia más pequeña.
Un equipo del radiotelescopio CSIRO en Australia anunció el 9 de julio de 2012 que había descubierto el primer agujero negro de masa intermedia.
En 2015, un equipo de la Universidad de Keio en Japón encontró una nube de gas ( CO-0.40-0.22 ) con una dispersión de velocidad muy amplia. Realizaron simulaciones y concluyeron que un modelo con un agujero negro de alrededor de cien mil masas solares sería el mejor ajuste para la distribución de velocidades. Sin embargo, un trabajo posterior señaló algunas dificultades con la asociación de nubes de dispersión de alta velocidad con agujeros negros de masa intermedia y propuso que tales nubes podrían ser generadas por supernovas . Los estudios teóricos adicionales de la nube de gas y los candidatos IMBH cercanos no han sido concluyentes, pero han reabierto la posibilidad.
En 2017, se anunció que un agujero negro de unos pocos miles de masas solares podría estar ubicado en el cúmulo globular 47 Tucanae . Esto se basó en las aceleraciones y distribuciones de los púlsares en el cúmulo; sin embargo, un análisis posterior de un conjunto de datos actualizado y más completo sobre estos púlsares no encontró evidencia positiva de esto.
En 2018, el equipo de la Universidad de Keio encontró varias corrientes de gas molecular orbitando alrededor de un objeto invisible cerca del centro galáctico, designado HCN-0.009-0.044 , sugirió que es un agujero negro de treinta y dos mil masas solares y, de ser así, es el tercer IMBH descubierto en la región.
Las observaciones en 2019 encontraron evidencia de un evento de onda gravitacional ( GW190521 ) que surge de la fusión de dos agujeros negros de masa intermedia, con masas de 66 y 85 veces la del Sol. En septiembre de 2020 se anunció que el agujero negro fusionado resultante pesaba 142 masas solares, con 9 masas solares irradiadas como ondas gravitacionales.
En 2020, los astrónomos informaron del posible hallazgo de un agujero negro de masa intermedia, llamado 3XMM J215022.4-055108, en la dirección de la constelación de Acuario , a unos 740 millones de años luz de la Tierra.
Origen
Los agujeros negros de masa intermedia son demasiado masivos para ser formados por el colapso de una sola estrella, que es como se cree que se forman los agujeros negros estelares . Sus entornos carecen de las condiciones extremas, es decir, alta densidad y velocidades observadas en los centros de las galaxias, que aparentemente conducen a la formación de agujeros negros supermasivos . Hay tres escenarios de formación postulados para IMBH. El primero es la fusión de agujeros negros de masa estelar y otros objetos compactos mediante acreción . El segundo es la colisión descontrolada de estrellas masivas en densos cúmulos estelares y el colapso del producto de la colisión en un IMBH. La tercera es que son agujeros negros primordiales formados en el Big Bang .
Los científicos también han considerado la posibilidad de la creación de agujeros negros de masa intermedia a través de mecanismos que implican el colapso de una sola estrella, como la posibilidad de colapso directo en agujeros negros de estrellas con masa del núcleo de helio pre-supernova> 133 M ☉ (a evitar un par de supernova de inestabilidad que interrumpiría completamente la estrella), lo que requiere una masa estelar total inicial de> 260 M ☉ , pero puede haber pocas posibilidades de observar un remanente de supernova de masa tan alta. Teorías recientes sugieren que estrellas tan masivas que podrían conducir a la formación de agujeros negros de masa intermedia pueden formarse en cúmulos de estrellas jóvenes a través de múltiples colisiones estelares.
Ver también
Referencias
enlaces externos
- Faltan semillas de agujero negro en el jardín cósmico
- Imágenes de Chandra de la galaxia Starburst M82
- Comunicado de prensa de la NASA para el descubrimiento de IMBH por el Telescopio Espacial Hubble
- Una nueva raza de agujeros negros, por Davide Castelvecchi Sky & Telescope Abril de 2006