Lo que sucede dentro de un agujero negro permanece dentro de un agujero negro, pero lo que sucede dentro de la "esfera de influencia" de un agujero negro, la región más interna de una galaxia donde la gravedad de un agujero negro es la fuerza dominante, es de gran interés para los astrónomos y puede ayudar a determinar la masa de un agujero negro, así como su impacto. en su vecindario galáctico.

Nuevas observaciones con Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) proporcionan una vista de cerca sin precedentes de un disco giratorio de gas interestelar frío que gira alrededor de un agujero negro supermasivo. Este disco se encuentra en el centro de NGC 3258, una galaxia elíptica masiva a unos 100 millones de años luz de la Tierra. Con base en estas observaciones, un equipo dirigido por astrónomos de la Universidad Texas A&M y la Universidad de California, Irvine, han determinado que este agujero negro pesa la asombrosa cantidad de 2.250 millones de masas solares, el agujero negro más masivo medido con ALMA hasta la fecha.

Aunque los agujeros negros supermasivos pueden tener masas de millones a miles de millones de veces la del Sol, representan solo una pequeña fracción de la masa de una galaxia entera. Aislando la influencia de la gravedad de un agujero negro de las estrellas, gas interestelar, y la materia oscura en el centro galáctico es un desafío y requiere observaciones muy sensibles a escalas increíblemente pequeñas.

"Observar el movimiento orbital del material lo más cerca posible de un agujero negro es de vital importancia para determinar con precisión la masa del agujero negro". dijo Benjamin Boizelle, investigador postdoctoral en la Universidad de Texas A&M y autor principal del estudio que aparece en el Diario astrofísico . "Estas nuevas observaciones de NGC 3258 demuestran el asombroso poder de ALMA para mapear la rotación de discos gaseosos alrededor de agujeros negros supermasivos con un detalle asombroso".

Los astrónomos utilizan una variedad de métodos para medir las masas de los agujeros negros. En galaxias elípticas gigantes, la mayoría de las mediciones provienen de observaciones del movimiento orbital de las estrellas alrededor del agujero negro, tomado en luz visible o infrarroja. Otra técnica, el uso de máseres de agua de origen natural (láseres de longitud de onda de radio) en nubes de gas que orbitan alrededor de los agujeros negros, proporciona una mayor precisión, pero estos máseres son muy raros y están asociados casi exclusivamente con galaxias espirales que tienen agujeros negros más pequeños.

Durante los últimos años, ALMA ha sido pionera en un nuevo método para estudiar los agujeros negros en galaxias elípticas gigantes. Aproximadamente el 10 por ciento de las galaxias elípticas contienen discos de frío que giran regularmente, gas denso en sus centros. Estos discos contienen gas monóxido de carbono (CO), que se puede observar con radiotelescopios de longitud de onda milimétrica.

Al utilizar el desplazamiento Doppler de la emisión de moléculas de CO, los astrónomos pueden medir las velocidades de las nubes de gas en órbita, y ALMA permite resolver los propios centros de las galaxias donde las velocidades orbitales son más altas.

"Nuestro equipo ha estado estudiando galaxias elípticas cercanas con ALMA durante varios años para encontrar y estudiar discos de gas molecular que giran alrededor de agujeros negros gigantes. "dijo Aaron Barth de UC Irvine, coautor del estudio. "NGC 3258 es el mejor objetivo que hemos encontrado, porque podemos rastrear la rotación del disco más cerca del agujero negro que en cualquier otra galaxia ".

Así como la Tierra orbita alrededor del Sol más rápido que Plutón porque experimenta una fuerza gravitacional más fuerte, las regiones internas del disco NGC 3258 orbitan más rápido que las partes externas debido a la gravedad del agujero negro. Los datos de ALMA muestran que la velocidad de rotación del disco aumenta de 1 millón de kilómetros por hora en su borde exterior, a unos 500 años luz del agujero negro, a más de 3 millones de kilómetros por hora cerca del centro del disco a una distancia de solo 65 años luz del agujero negro.

Los investigadores determinaron la masa del agujero negro modelando la rotación del disco, teniendo en cuenta la masa adicional de las estrellas en la región central de la galaxia y otros detalles como la forma ligeramente deformada del disco gaseoso. La clara detección de la rotación rápida permitió a los investigadores determinar la masa del agujero negro con una precisión superior al uno por ciento. aunque estiman una incertidumbre sistemática adicional del 12 por ciento en la medición porque la distancia a NGC 3258 no se conoce con mucha precisión. Incluso teniendo en cuenta la distancia incierta, esta es una de las medidas de masa más precisas para cualquier agujero negro fuera de la Vía Láctea.

"El próximo desafío es encontrar más ejemplos de discos giratorios casi perfectos como este para que podamos aplicar este método para medir las masas de los agujeros negros en una muestra más grande de galaxias". ", concluyó Boizelle." Las observaciones adicionales de ALMA que alcancen este nivel de precisión nos ayudarán a comprender mejor el crecimiento de las galaxias y los agujeros negros a lo largo de la edad del universo ".