Escaneando un catálogo de más de 2.700 explosiones activas del espacio profundo capturadas por el Observatorio de Rayos Gamma Compton de la NASA, el trabajo de James Paynter era encontrar una aguja en una pila de agujas. Un estudiante de doctorado de la Universidad de Melbourne quería encontrar una de las explosiones, una explosión de rayos gamma, que había sido «modificada con una lente»: su camino atravesado por un objeto cósmico masivo en su camino a la Tierra.

Al final de la Maestría, había reducido el número de candidatos a un puñado, y después de crear algunas técnicas de análisis sofisticadas, solo le quedaba uno.

Este filtro, conocido como GRB 950830, se detalla en un nuevo estudio, Fue publicado en Nature Astronomy el lunes.Y el objeto cósmico gigante que tuvo que orbitar alrededor para llegar a la Tierra es un «agujero negro de masa media», una rara variedad de depresiones gravitacionales cósmicas que los astrónomos apenas están comenzando a comprender.

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En el espacio, hay dos tipos conocidos de agujeros negros: agujeros negros estelares, que se forman cuando una estrella masiva explota y luego colapsa sobre sí misma, y ​​agujeros negros supermasivos que se encuentran en el núcleo de las galaxias. El Un agujero negro supermasivo en el corazón de Messier 87 Fue Sujeto de la primera imagen de un agujero negroTomada en 2019.

Los agujeros negros estelares tienen aproximadamente 10 veces la masa del Sol. Los agujeros negros supermasivos pueden ser miles de millones de veces más grandes. ¿El área entre ellos? «Entre estos dos extremos, no vemos nada», dice Pinter.

Los astrofísicos teorizaron, y comenzaron a descubrir, agujeros negros en la llamada «brecha de masa», la región de los «Ricitos de oro» donde se cree que existen los agujeros negros de masa media, o IMBH. Estos agujeros negros varían en tamaño de 100 a 100.000 veces la masa del sol y son un eslabón perdido entre los pequeños agujeros negros que dispersan el universo y los agujeros supermasivos en el centro de las galaxias.

Se han descubierto definitivamente muy pocos agujeros negros de masa media. En septiembre de 2020 se descubrió otro agujero negro más pequeño: se anunciaron los astrónomos que estudiaban las ondas gravitacionales Encontraron IMBH con una masa aproximadamente 150 veces la masa del Sol., Que fue creado por la fusión de dos pequeños agujeros negros.

Pero lo que Paynter y sus coautores han descubierto, Rachel Webster, astrofísica de la Universidad de Melbourne, y Eric Thrain, astrofísico de la Universidad de Monash, es indignante en comparación.

«Nuestro IMBH es mucho más grande», dice Paynter. «Si se formaran a partir de agujeros negros estelares, habrían pasado por muchas generaciones de fusiones para alcanzar su masa observada».

Un filtro similar que pesaba alrededor de 50.000 soles, 3XMM J215022.4−055108, fue Publicado en The Astrophysical Journal Letters en marzo de 2020, Pero esto se encontró cuando una estrella cercana se rompió. El método utilizado por Paynter y sus colegas aprovecha la lente gravitacional.

Lente de gravedad

GRB 950830 es una ráfaga corta de rayos gamma desde una distancia muy larga. Los investigadores no están exactamente seguros de dónde vino, pero está en algún lugar de las profundidades del bosque oscuro del universo. Creen que la explosión se produjo cuando dos estrellas de neutrones chocaron entre sí, liberando cantidades masivas de energía.

Painter estaba buscando un estallido de rayos gamma de «lente gravitacional» del instrumento BATSE en el Observatorio Compton Gamma de la NASA, que capturó alrededor de 2.700 señales de rayos gamma entre 1990 y 1999. «Queríamos tener la mejor oportunidad de encontrar la lente, por lo que BATSE era el que elegimos «, dice Paynter.

GRB 950830 es el único que el equipo encontró optimista.

Painter señala: «Mi entusiasmo original fue que encontré el primer GRB desde la perspectiva de la gravedad, porque a pesar de 30 años de investigación, no se encontraron candidatos estadísticamente fuertes». «Hemos desarrollado un software de análisis avanzado que mejora en gran medida los métodos de detección de lentes anteriores, lo que nos ha permitido también rechazar enérgicamente a los candidatos».

Después de un análisis más detallado, se hizo un descubrimiento aún más emocionante. Se produjo una explosión activa detrás Un agujero negro de masa media.

El tirón gravitacional masivo del IMBH curvó todas las formas de luz y radiación electromagnética a su alrededor. Cuando explotó el estallido de rayos gamma, viajó a través del universo hacia nosotros. Pero cuando chocó con IMBH, la señal se dividió, un fenómeno conocido como lente gravitacional.

La lente tiene un signo revelador, una señal de resonancia, porque parte de la radiación de un estallido de rayos gamma tarda más en llegar al detector en el observatorio cuando se dobla alrededor del IMBH. Es una diferencia muy sutil. «A pesar de viajar a través de miles de millones de años luz para llegar hasta nosotros, esta diferencia en el tiempo de llegada es de sólo 400 milisegundos en nuestro caso», explica Paynter.

No es un hallazgo definitivo para IMBH, pero es otro buen candidato. También ayuda a los astrónomos a estimar cuántos de estos objetos masivos pueden acechar en el espacio profundo. Sus cálculos indican que puede haber alrededor de 46.000 en nuestro océano en la Vía Láctea, pero Paynter dice que hay mucha incertidumbre en la medición. Buscar candidatos más informados debería ayudar a reducir la incertidumbre.

Idealmente, dice, también analizaremos otros catálogos en el futuro.

Quizás, sugiere Thran, los IMBH pueden haber sido reliquias antiguas del universo temprano desde algún tiempo antes de que se formaran las estrellas y las galaxias. Si es así, podrían ser «las semillas de los agujeros negros supermasivos que viven hoy en los corazones de las galaxias».

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