Durante mucho tiempo, la búsqueda de los agujeros negros masivos ha estado asociada al centro de las galaxias. Allí se encuentran normalmente los agujeros negros supermasivos, alimentados en determinadas etapas por gas, estrellas y otros materiales que caen hacia regiones dominadas por una gravedad extrema. Pero esa imagen, aunque correcta como descripción general, puede dejar fuera una parte importante de la historia.
Un nuevo estudio liderado por astrónomos de Yale plantea que algunos de los agujeros negros más informativos podrían ser precisamente los que ya no están donde se espera encontrarlos. Son los llamados agujeros negros errantes o wandering black holes: objetos que han sido desplazados respecto al centro de su galaxia y que pueden permanecer durante miles de millones de años recorriendo otras regiones de ella.
El trabajo, publicado en The Astrophysical Journal Letters, fue realizado por Emma Jane Weller y Priyamvada Natarajan, de Yale, y Colin Burke, actualmente en la Universidad del Norte de Texas. Los investigadores utilizaron la simulación cosmológica ASTRID para seguir la evolución conjunta de materia oscura, gas, estrellas y agujeros negros durante aproximadamente 12.600 millones de años.
La palabra “expulsar” requiere cierta precisión. El estudio no describe necesariamente un agujero negro que abandona para siempre su galaxia y queda viajando libremente por el espacio intergaláctico. El mecanismo estudiado es, principalmente, el desplazamiento de un agujero negro respecto al centro de su galaxia como consecuencia de la interacción y las fusiones galácticas.
Las galaxias no son estructuras estáticas. A lo largo de miles de millones de años absorben galaxias menores, interactúan con otras y modifican su distribución de estrellas, gas y materia oscura. Cuando dos sistemas galácticos se fusionan, sus agujeros negros pueden quedar inicialmente desplazados respecto al nuevo centro gravitatorio.
Con el tiempo, la gravedad y otros procesos dinámicos tienden a hacer que el agujero negro se hunda hacia el centro. Pero ese proceso no es necesariamente rápido. En las galaxias de menor masa, la gravedad disponible para devolver al agujero negro al centro es más débil, por lo que un agujero negro desplazado puede permanecer como “errante” durante periodos extremadamente prolongados.
Esta diferencia resulta fundamental para interpretar la historia de las galaxias. El agujero negro central puede reflejar el estado final de un sistema, mientras que un agujero negro desplazado puede conservar señales de acontecimientos anteriores.
ASTRID cambia una hipótesis importante
Una de las características más relevantes de la investigación es la utilización de ASTRID, una simulación cosmológica que no obliga artificialmente a los agujeros negros a permanecer en los centros de sus galaxias. Esto resulta fundamental, ya que algunos modelos simplificados colocan al agujero negro directamente en el centro galáctico durante la evolución de la simulación, lo que hace imposible estudiar adecuadamente qué sucede cuando una interacción gravitatoria lo desplaza.
ASTRID permite seguir las fuerzas gravitatorias que actúan sobre estos objetos y observar cómo se mueven y, eventualmente, cómo regresan hacia el centro, lo que permitió a Weller, Natarajan y Burke distinguir entre agujeros negros centrales y errantes. Para lograrlo, la investigación analizó galaxias con masas estelares comprendidas aproximadamente entre 10 millones y un billón de masas solares; una amplitud que facilitó comparar cómo cambia la población de agujeros negros en función del tamaño de la galaxia.
Los agujeros negros pueden funcionar como un registro fósil, ya que los investigadores proponen que su localización actual puede contener información valiosa sobre acontecimientos ocurridos mucho tiempo atrás. Bajo esta premisa, los objetos más antiguos debieron comenzar como "semillas" en el universo temprano, existiendo diferentes hipótesis sobre su origen: una de ellas propone que las primeras estrellas produjeron agujeros negros relativamente pequeños al morir, mientras que otra plantea la posibilidad de que algunos ejemplares mucho más masivos surgieran directamente del colapso de grandes cantidades de gas primordial.
Esta cuestión sigue abierta y constituye uno de los problemas centrales de la astrofísica moderna, cuyo desafío es explicar cómo algunos objetos pudieron alcanzar masas enormes cuando el universo todavía era muy joven.
El estudio de Yale introduce una herramienta adicional para abordar ese problema. Si se analiza únicamente la población de agujeros negros que actualmente ocupa los centros galácticos, parte de la información histórica puede quedar mezclada con los procesos posteriores de crecimiento y ensamblaje.
En cambio, separar los agujeros negros centrales de los errantes permite preguntar qué población parece haber sobrevivido a diferentes trayectorias evolutivas.
De ahí surge la idea de tratarlos como un registro fósil de la siembra de agujeros negros y del ensamblaje galáctico. Su abundancia puede aportar pistas sobre cómo nacieron las semillas, mientras que su posición puede reflejar fusiones, interacciones y otros procesos que transformaron la galaxia que los alberga.
Uno de los resultados más llamativos de la simulación aparece en las galaxias de menor masa, donde, según ASTRID, aumenta la proporción de sistemas que albergan un agujero negro errante mientras disminuye la proporción de los que tienen un agujero negro centrado. La explicación propuesta para este fenómeno radica en la menor capacidad gravitatoria de las galaxias pequeñas para devolver rápidamente un agujero negro desplazado hacia el centro, lo que conlleva una consecuencia metodológica importante: las galaxias pequeñas podrían convertirse en laboratorios especialmente útiles para estudiar las primeras poblaciones de semillas.
En sistemas mucho mayores, la historia puede haber quedado profundamente transformada por sucesivas fusiones, crecimiento de los agujeros negros y reorganización de la materia. En galaxias de menor masa, determinadas huellas de la población inicial podrían permanecer durante más tiempo.
El estudio también encuentra una relación interesante con la formación estelar. En las galaxias pequeñas que han dejado de formar estrellas resulta más probable encontrar agujeros negros centrados, mientras que las galaxias pequeñas que continúan formando estrellas muestran una mayor presencia de agujeros negros errantes en la simulación. Se trata de una asociación derivada del modelo, no de una regla observacional ya demostrada para todas las galaxias.
El movimiento también cuenta la historia
La idea modifica una concepción habitual del agujero negro como un objeto definido exclusivamente por su masa, demostrando que su posición también puede aportar información científica valiosa. Así, mientras que un agujero negro situado en el centro de una galaxia suele representar el resultado de una larga evolución, uno ubicado lejos del núcleo puede conservar, al menos parcialmente, la memoria dinámica de una perturbación; si a esto se le suma el conocimiento sobre la historia de la galaxia anfitriona, la combinación de ambos factores puede ayudar a reconstruir con precisión qué ocurrió en el pasado.
Por eso Natarajan y sus colaboradores hablan de estos objetos como “archivistas cósmicos”. No porque almacenen información de forma literal, sino porque determinadas propiedades observables pueden conservar las consecuencias de procesos ocurridos hace miles de millones de años.
La clave está en distinguir dos historias que se superponen: cómo nació el agujero negro y cómo evolucionó la galaxia que terminó alojándolo. Bajo esta premisa, el desafío ahora es encontrarlos, ya que, si bien una simulación puede establecer predicciones, se necesitan observaciones reales que permitan comprobarlas.
Los investigadores proponen combinar diferentes técnicas. Las observaciones profundas en rayos X pueden buscar emisiones producidas por materia que cae hacia agujeros negros. La espectroscopia óptica e infrarroja puede revelar características del entorno y movimientos asociados. Las observaciones radioastronómicas ofrecen otra vía, mientras que las llamadas flares o destellos producidos cuando un agujero negro desgarraría una estrella mediante fuerzas de marea podrían servir como señales especialmente útiles. @mundiario