Astrónomos de la Universidad de Texas en el Observatorio MacDonald en Austin han descubierto una masa inusualmente grande Calabozo en el corazón de alguien vía LácteaGalaxias satélite enanas, llamadas Leo I, del tamaño del agujero negro de nuestra galaxia, el descubrimiento podría redefinir nuestra comprensión de cómo evolucionaron todas las galaxias, los bloques de construcción del universo. El trabajo fue publicado en un número reciente de Diario astrofísico.

El equipo decidió estudiar a Leo I por su especificidad. A diferencia de la mayoría de las galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea, Leo One 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 gravedad en las estrellas: cuanto más rápido se mueven las estrellas, más materia hay en sus órbitas. En particular, el equipo quería ver si la densidad de la materia oscura aumenta hacia el centro galáctico. También querían ver si la medición de su perfil coincidiría con las mediciones anteriores realizadas con datos de telescopios antiguos combinados con modelos de computadora.

Los astrónomos del Observatorio MacDonald han descubierto que Leo I (recuadro), una pequeña galaxia satélite de la Vía Láctea (imagen principal), tiene un agujero negro de aproximadamente la misma masa que 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 (recuadro)

Dirigido por María José Bustamante, una recién graduada de doctorado de la Universidad de Austin, el equipo incluye a los astrónomos de Utah Eva Noyola, Karl Gebhardt y Greg Zeemann, así como a colegas del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) de Alemania.

Para sus observaciones, utilizaron un instrumento único llamado VIRUS-W en el Telescopio Harlan J. Smith en el Observatorio MacDonald de 2,7 metros.

Cuando el equipo introdujo sus datos mejorados y modelos complejos en una supercomputadora en el Centro de Computación Avanzada de UT Austin, obtuvieron un resultado sorprendente.

«Los modelos gritan que necesitas un agujero negro en el centro; realmente no necesitas tanta materia oscura», dijo Gebhardt. «Tienes una galaxia muy pequeña que cae en la Vía Láctea, y su agujero negro es tan masivo como la vía Láctea. La relación de masa es muy grande. La Vía Láctea es dominante. El agujero negro de Leo I es aproximadamente comparable ”. El resultado no tiene precedentes.

Los investigadores dijeron que el resultado era diferente de los estudios anteriores de Leo I debido a una combinación de mejores datos y simulación de supercomputadora. La densa región central de la galaxia estaba en su mayor parte inexplorada en estudios anteriores, que se centraron en las velocidades de las estrellas individuales. El estudio actual mostró que para esas pocas velocidades tomadas en el pasado, hubo un sesgo hacia velocidades más bajas. Esto, a su vez, redujo la cantidad de materia inferida dentro de sus órbitas.

El telescopio Harlan J. Smith de 2,7 metros (107 pulgadas) de la Universidad de Texas en el Observatorio Austin MacDonald. 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 contenida dentro de las órbitas de las estrellas ha aumentado dramáticamente.

Bustamante dijo que el descubrimiento podría afectar la comprensión de los astrónomos sobre la evolución galáctica, porque «no hay explicación para este tipo de agujero negro en las galaxias esféricas enanas».

El hallazgo es aún más significativo ya que los astrónomos han usado galaxias como Leo I, llamadas «galaxias esferoides enanas», durante 20 años para comprender cómo se distribuye la materia oscura dentro de las galaxias, agregó Gebhardt. Este nuevo tipo de fusión de agujeros negros también está dando a los observatorios de ondas gravitacionales una nueva señal a buscar.

«Si la masa del agujero negro de Leo I es grande, puede explicar cómo crecen los agujeros negros en galaxias masivas», dijo Gebhardt. Esto se debe a que con el tiempo, cuando las galaxias más pequeñas como Leo I caen en galaxias más grandes, el agujero negro de la galaxia más pequeña se fusiona con los 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 en este momento que puede realizar este tipo de estudio de perfil de materia oscura. Noyola señaló que muchas galaxias enanas en el hemisferio sur son buenos objetivos para él, pero ningún telescopio en el hemisferio sur está equipado para eso. Sin embargo, el Telescopio Gigante de Magallanes (GMT) ahora está en construcción, Chile está parcialmente diseñado para este tipo de obras. 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 globular enano» por MJ Bustamante Russell, Eva Noyola, Karl Gebhardt, Maximilian H Fabricius, Zimina Mazalai, Jens Thomas y Greg Zeman, 5 de noviembre de 2021 y Diario astrofísico.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac0c79