Si los astrónomos quieren aprender cómo se forman los agujeros negros supermasivos, tienen que empezar con algo pequeño, muy pequeño, astronómicamente hablando.

De hecho, Un equipo que incluye a la astrónoma de la Universidad de Michigan, Elena Gallo, ha descubierto que un agujero negro en el centro de una galaxia enana cercana, llamado NGC 4395, es aproximadamente 40 veces más pequeño de lo que se pensaba anteriormente. Sus hallazgos se publican en la revista Astronomía de la naturaleza .

En la actualidad, Los astrónomos creen que los agujeros negros supermasivos se encuentran en el centro de cada galaxia tan masiva o más grande que la Vía Láctea. Pero también sienten curiosidad por los agujeros negros en galaxias más pequeñas, como NGC 4395. Conocer la masa del agujero negro en el centro de NGC 4395 y ser capaz de medirla con precisión puede ayudar a los astrónomos a aplicar estas técnicas a otros agujeros negros.

"La pregunta permanece abierta para las galaxias pequeñas o enanas:¿estas galaxias tienen agujeros negros, y si lo hacen "¿Escalan de la misma manera que los agujeros negros supermasivos?", dijo Gallo. "Responder a estas preguntas podría ayudarnos a comprender el mecanismo mismo a través del cual estos monstruosos agujeros negros se ensamblaron cuando el universo estaba en su infancia".

Para determinar la masa del agujero negro de NGC, Gallo y sus colegas investigadores emplearon el mapeo de reverberación. Esta técnica mide la masa al monitorear la radiación emitida por lo que se llama un disco de acreción alrededor del agujero negro. Un disco de acreción es una masa de materia recogida por la atracción gravitacional de los agujeros negros.

A medida que la radiación viaja hacia afuera desde este disco de acreción, pasa a través de otra nube de material más alejada del agujero negro que es más difusa que el disco de acreción. Esta área se llama región de línea ancha.

Cuando la radiación golpea el gas en la región de la línea ancha, hace que los átomos en él experimenten una transición. Esto significa que la radiación expulsa un electrón de la capa de un átomo de hidrógeno, por ejemplo, haciendo que el átomo ocupe un nivel más energético del átomo. Después de que pase la radiación, el átomo vuelve a asentarse en su estado anterior. Los astrónomos pueden imaginarse esta transición, que parece un destello de brillo.

Al medir cuánto tiempo tarda la radiación del disco de acreción en llegar a la región de la línea ancha y causar estos destellos, los astrónomos pueden estimar qué tan lejos está la región de la línea ancha del agujero negro. Usando esta información, luego pueden calcular la masa del agujero negro.

"Se cree que la distancia depende de la masa del agujero negro, "Gallo dijo." Cuanto más grande es el agujero negro, cuanto mayor sea la distancia y más tiempo espere que la luz sea emitida desde el disco de acreción para llegar a la región de la línea ancha ".

Utilizando datos del Observatorio MDM, los astrónomos calcularon que se necesitaron unos 83 minutos, dar o recibir 14 minutos, para que la radiación alcance la región de la línea ancha desde el disco de acreción. Para calcular la masa del agujero negro, también tenían que medir la velocidad intrínseca de la región de la línea ancha, que es la velocidad a la que se mueve la nube de la región bajo la influencia de la gravedad del agujero negro. Para hacer esto, tomaron un espectro de alta calidad con el espectrómetro GMOS del telescopio GEMINI North.

Al conocer este número, la velocidad de la región de la línea ancha, la velocidad de la luz y lo que se llama constante gravitacional, o una medida de fuerza gravitacional, los astrónomos pudieron determinar que la masa del agujero negro era de aproximadamente 10, 000 veces la masa de nuestro sol, unas 40 veces más ligero de lo que se pensaba. Este es también el agujero negro más pequeño encontrado a través del mapeo de reverberación.

"Este régimen de galaxias enanas está en gran parte inexplorado en lo que respecta a las propiedades de sus agujeros negros nucleares, "Dijo Gallo." Ni siquiera sabemos si todas las galaxias tienen un agujero negro. Esto agrega un nuevo miembro a la familia de agujeros negros de los que tenemos información ".

Esta información también podría ayudar a los astrónomos a comprender en qué medida los agujeros negros más grandes dan forma a las galaxias que ocupan. Un campo llamado retroalimentación de agujeros negros explora cómo los agujeros negros afectan las propiedades de sus galaxias anfitrionas a escalas mucho más grandes de lo que debería alcanzar su atracción gravitacional.

"No hay ninguna razón por la que las estrellas que viven en órdenes de magnitud más grandes que el área donde domina la gravedad del agujero negro deban saber siquiera que hay un agujero negro en su galaxia". pero de alguna manera lo hacen "Dijo Gallo." Los agujeros negros de alguna manera dan forma a la galaxia en la que viven a escalas muy grandes, y porque no sabemos mucho sobre las galaxias más pequeñas con sus agujeros negros más pequeños, no sabemos si eso es cierto hasta el final. Con esta medida, podemos agregar más información a esta relación ".

Este resultado surgió de una asociación entre U-M Astronomy y el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad Nacional de Seúl. Las observaciones se realizaron en el observatorio GEMINI North en Hawai y el Observatorio MDM en Arizona. GEMINI es operado por una asociación entre los Estados Unidos, Canadá, Chile, Brasil, Argentina y Corea.