Se publica la primera medición directa de la masa de un agujero negro supermasivo inactivo usando el James Webb Space Telescope y una lente gravitacional
Pesar un agujero negro es, en principio, sencillo: basta medir cuán rápido giran las estrellas o el gas en sus proximidades. La velocidad orbital depende de la masa total del objeto central, y de la velocidad se extrae la masa. En la práctica, sin embargo, esta medición se vuelve extraordinariamente difícil cuando el agujero negro en cuestión está a 10.000 millones de años luz de distancia, su galaxia anfitriona tiene solo unas pocas decenas de kilopársecs de diámetro, y el agujero negro está inactivo: no acreta, es decir, no absorbe materia activamente, por lo que no emite radiación por los fenómenos del viento y los chorros.
El equipo del Dr. Andrew Newman de la Carnegie Institution for Science resolvió ese problema combinando dos instrumentos de precisión extraordinaria: el espectrógafo de campo integral NIRSpec del Webb y un cúmulo de galaxias masivo que actúa como una lente gravitacional natural.
La técnica: lente gravitacional más dinámica estelar
Una lente gravitacional es un fenómeno cósmico que ocurre cuando un objeto muy masivo, como una galaxia o agujero, curva el espacio a su alrededor. Esta curvatura desvía y amplifica la luz de objetos más lejanos situados detrás de él, actuando exactamente igual que una lupa o un telescopio gigante en el espacio.
Simulación del efecto de lente gravitatorio (agujero negro), al pasar por delante de una galaxia de fondo. Wikimedia Commons.
El cúmulo de galaxias que actúa como lente amplifica la imagen de MRG-M0138 aproximadamente por un factor de siete, permitiendo al Webb resolver la estructura interna de la galaxia (los movimientos del gas y las estrellas en sus diferentes regiones) con una resolución angular que normalmente requeriría un telescopio del tamaño de un campo de fútbol.
Con esa amplificación, los espectros de alta resolución del NIRSpec midieron el perfil de velocidades de las estrellas en la región central de MRG-M0138 con suficiente precisión como para detectar la aceleración gravitacional que el agujero negro ejerce sobre ellas, lo que permite calcular directamente su masa sin ninguna suposición sobre la relación entre luminosidad y masa.
«Pudimos detectar este agujero negro a 10.000 millones de años luz de distancia combinando la aguda visión del Webb con una lupa natural», señaló el Dr. Newman. «Combinando los datos del Webb con la lente gravitacional, pudimos asomarnos dentro de la esfera de influencia del agujero negro, donde su gravedad impulsa las velocidades de las estrellas.»
El resultado y su significado cosmológico
La masa resultante del agujero negro de MRG-M0138 es de aproximadamente 17.000 millones de masas solares, un objeto extraordinariamente masivo para una galaxia que en el universo local sería considerada una galaxia elíptica masiva ordinaria. En comparación, el agujero negro de la Vía Láctea tiene solo 4 millones de masas solares, y el del M87 (el primero en ser fotografiado directamente) tiene 6.500 millones. Lo que convierte a MRG-M0138 en un caso científicamente valioso es su estado quiescente: la galaxia ha dejado de formar estrellas y su agujero negro está «dormido», no acretando material.
Eso significa que toda la masa del agujero negro fue acumulada antes de que la galaxia dejara de ser activa, en los primeros 3.000 millones de años del universo. La pregunta de cómo los agujeros negros pueden llegar a ser tan masivos en tan poco tiempo es uno de los grandes problemas no resueltos de la cosmología moderna, y MRG-M0138 añade un dato observacional directo a ese debate.
REFERENCIA
