Aproximadamente a 16, 000 años luz de la Tierra se encuentra un globo esférico de millones de estrellas que datan de los primeros años del universo. Este grupo denso, llamado 47 Tucanae, tiene un radio de unos 200 años luz y es uno de los grupos más brillantes en nuestro cielo nocturno. Dentro de 47 Tucanae, las intensas fuerzas gravitacionales han ordenado las estrellas con el tiempo, empujando estrellas menos densas hacia el exterior y creando un núcleo interno muy denso que resiste el escrutinio externo.
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"Estudiar los cúmulos globulares es notoriamente desafiante", dice Bülent Kiziltan, astrofísico del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian. Hay tantas estrellas empaquetadas una al lado de la otra, dice, que capturar la radiación del centro de una es casi imposible. Entonces, si bien los científicos sospechan desde hace tiempo que 47 Tucanae podrían contener un agujero negro en su centro, como muchos otros cúmulos globulares parecen, no han podido probarlo.
Ahora, en un estudio publicado ayer en la revista Nature, Kiziltan y sus colegas han ayudado a mirar en el corazón de 47 Tucanae para encontrar el primero de una nueva clase de agujeros negros de tamaño mediano.
A pesar de su nombre, los agujeros negros no son realmente tan negros, dice Kiziltan. A medida que desgarran estrellas lo suficientemente desafortunadas como para vagar en su atracción, dice, forman un disco de gases brillantes y calientes a su alrededor conocido como disco de acreción. Los agujeros negros no dejan escapar ninguna luz visible, pero generalmente emiten rayos X a medida que consumen estos gases. Sin embargo, 47 Tucanae son tan densas que no le quedan gases en el centro para que el agujero negro las consuma.
Kiziltan utilizó su experiencia en otro tipo peculiar de objeto espacial, los púlsares, para probar una nueva forma de detectar estos esquivos tipos de agujeros negros.
Pulsars "nos proporciona una plataforma que podemos usar para estudiar cambios muy pequeños en el medio ambiente", dice Kiziltan. Estas estrellas, que emiten "pulsos" de radiación a intervalos muy regulares, pueden usarse como puntos de referencia para mapear formaciones cósmicas, incluidos los cúmulos globulares; Kiziltan los compara con "relojes atómicos cósmicos".
Con dos docenas de púlsares en los bordes de 47 Tucanae como guías, Kiziltan y su equipo pudieron construir simulaciones de cómo evolucionó el cúmulo globular con el tiempo, y particularmente cómo las estrellas más densas y menos densas se clasificaron en sus posiciones actuales.
Estas simulaciones fueron emprendimientos masivos, dice Kiziltan, que requieren aproximadamente de seis a nueve meses para completarse incluso en computadoras extremadamente potentes. Es por eso que no estaba emocionado, dice, cuando los revisores de Nature pidieron más simulaciones que terminaron tomando otro año más.
Pero ese esfuerzo valió la pena, dice Kiziltan, porque condujo a algo sin precedentes: el primer descubrimiento de un agujero negro dentro de un cúmulo globular. Después de ejecutar cientos de simulaciones, dice, el único escenario posible que podría conducir al desarrollo de las 47 Tucanae de hoy presentaba un agujero negro en el denso centro del grupo global sin gas. Este entorno previamente no considerado para un agujero negro abre nuevos lugares para buscarlos, dice Kiziltan.
"Uno solo puede imaginar lo que acecha en los centros de otros grupos globales", dice Kiziltan.
Lo que también es emocionante, señala Kiziltan, es el tamaño del agujero negro que predijeron sus simulaciones. Hasta ahora, los científicos han encontrado principalmente agujeros negros pequeños (aquellos del tamaño aproximado de las estrellas que colapsaron para formarlos) y agujeros negros supermasivos (miles de veces más grandes que nuestro Sol). Los agujeros negros de tamaño intermedio han eludido principalmente a los científicos, aunque no por falta de intentos.
El agujero negro predicho en el centro de 47 Tucanae cae dentro de este raro término medio, dice Kiziltan. Un estudio adicional de este potencial agujero negro podría proporcionar nuevas ideas sobre cómo y por qué se forman estos tipos de agujeros negros en gran parte desconocidos.
Quizás aún más importante que los descubrimientos mismos es cómo Kiziltan y su equipo llegaron a ellos. Kiziltan y sus colaboradores se basaron en una teoría matemática desarrollada en la década de 1950 por dos criptógrafos estadounidenses para ayudar a trazar las probables distribuciones de estrellas en 47 Tucanae. "Desarrollaron este método matemático para juntar información incompleta para ver la imagen más grande", dice Kiziltan.
Kiziltan está trabajando para refinar su nuevo enfoque y utilizar este nuevo método para observar otras poblaciones de estrellas en busca de agujeros negros nunca antes vistos. Las potentes computadoras científicas nuevas y otros instrumentos que se conectarán en línea en los próximos años ayudarán con esta búsqueda, dice.
"Hemos hecho muchas cosas por primera vez en este trabajo", dice Kiziltan. Al mismo tiempo, "todavía hay muchas cosas que deben hacerse".
