El pasado 2020 nos dejó uno de los hallazgos más relevantes sobre agujeros negros. Investigadores de la Universidad Complutense de Madrid concluyeron que existe una relación entre el color de las galaxias y la densidad del agujero negro: las galaxias más rojas, con una formación estelar más antigua, tienen agujeros negros más masivos que las galaxias azules, cuyas estrellas son más jóvenes.

María Milán, 28 de enero | Son, probablemente, los objetos del universo que entrañan más misterio. Protagonizaron la imagen científica del 2019 y el Premio Nobel de Física de 2020. ¿Qué nos depararán las investigaciones sobre los agujeros negros en 2021?

Entre otras cosas, se sabe de ellos que están situados en el centro de las galaxias, su masa está tan concentrada y tienen una gravedad tan alta que ni si quiera la luz puede salir de allí. Su origen y propiedades están rodeados de misterio, pero también de falsas concepciones.

"Los agujeros negros son “una pieza fundamental del puzle de la evolución y la formación de las galaxias”, Javier Gorgas, físico de la UCM

Todos los agujeros negros -sean supermasivos o no- tienen en común una alta concentración de masa que provoca una gravedad gigantesca. “La densidad de la Tierra en el tamaño de un cacahuete sería un agujero negro”, ejemplifica Javier Gorgas García, director del Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica de la Universidad Complutense de Madrid (UCM).

El científico, junto a otros colegas de la UCM, ha publicado un importante hallazgo en The Astrophysical Journal del que se hizo eco la prestigiosa revista Physics Today: la relación entre el color de las galaxias y la densidad de los agujeros negros.

Colores a la inversa de los grifos

¿Las galaxias tienen colores? Sí, y pueden tender bien a azul o a rojo. “El color en física es una medida de la temperatura y va al revés de los grifos de las duchas: el azul para radiaciones calientes y el rojo para las frías. Cuando describimos que una galaxia es azul, significa que es una galaxia caliente (la radiación emitida por ella lo es) con estrellas de gran masa y, por tanto, jóvenes, ya que viven rápido y mueren jóvenes. Si es roja, es que tiene estrellas frías más viejas. Con el color sabemos cómo ha procedido la formación de estrellas en esa galaxia. "Es como un registro fósil”, explica Javier Gorgas.

En las galaxias rojas, la formación de estrellas ha sido más acelerada al principio, con fusiones constantes. Ahora, esa actividad está prácticamente finalizada, por eso se enfrían y tienen ese color. Las azules, por el contrario, tienen un proceso más paulatino pero constante, y al seguir formando estrellas siguen calientes.

¿Qué relación tienen los dos colores de las galaxias con el cuerpo que habita en el centro de cada una de ellas, su agujero negro? Las galaxias rojas -las más antiguas- tienden a albergar agujeros negros más masivos, mientras que las azules -las de las estrellas jóvenes- menos masivos. 

“Esta nueva correlación tiene beneficios prácticos, ya que los colores utilizados para estimar las masas de los agujeros negros solo requieren imágenes de galaxias que son mucho menos costosas de obtener de los telescopios, que las dispersiones de velocidad estelar comúnmente utilizadas para estimar masas”, destaca Bililign T. Dullo, primer autor del estudio e investigador de la UCM en el departamento de Física de la Tierra y Astrofísica.

A todos se nos viene ahora a la cabeza la única fotografía de un agujero negro y su intenso brillo rojo. Este se encuentra en el interior de la galaxia Messier 87, a una distancia de 55 millones de años luz y con una masa 6.500 millones de veces mayor que la del Sol. Ahora sabemos que el color rojizo indica una galaxia más antigua y una densidad de su agujero negro mayor, lo que permitió en el año 2019 estudiarlo en detalle a pesar de su distancia. 

¿Elíptica o espiral? La familia también determina el color

Para llevar a cabo el estudio, los expertos en distintas áreas -luz ultravioleta, luz roja, análisis estadístico y agujeros negros supermasivos- analizaron 67 galaxias con agujeros negros supermasivos, entre ellas la nuestra, la Vía Láctea.

Otra de las conclusiones del trabajo es que esa relación entre el color y la masa del agujero negro depende del tipo de galaxia. Se distinguen dos grandes familias: las que tienen forma elíptica y las que se presentan como una espiral. Cada familia tiene una historia de formación diferente.

“Las galaxias elípticas son más rojas, acumularon toda su masa muy al principio y eso permitió la formación de agujeros negros con masas más densas. En galaxias en espiral azules como la nuestra, la vida ha sido más continuada, siguen formándose estrellas a día de hoy, y por eso no presentan tanta masa en el centro”, describe Armando Gil de Paz, físico de la UCM y coautor junto a Javier Gorgas y Bililing Dullo.

El experto realiza la siguiente comparación: la galaxia M87 (la de la foto más viral de 2019) tiene forma elíptica, mientras que la Vía Láctea tiene forma de espiral. La primera es más antigua, su agujero negro más denso y su tono rojizo, mientras que en la galaxia en la que habitamos, su juventud le otorga un aspecto azulado y presenta una menor densidad en su agujero negro.

Próximo objetivo: más lejos

Los investigadores de la UCM anuncian su intención de extender este estudio “a más distancia”, puesto que las galaxias analizadas son relativamente cercanas. Entre los objetivos que se plantean es el de localizar diferencias dentro de las familias de las galaxias elípticas, para identificar cuál ha sido  su evolución.

"Las galaxias rojas tienden a albergar agujeros negros más masivos, mientras que las azules menos masivos", según esta investigación

“Siempre hay una duda de si los agujeros negros son causa o consecuencia. ¿Son muy masivos como consecuencia de esa formación rápida de estrellas con muchas fusiones o, por el contrario, juegan un papel ellos para que las galaxias no puedan formar más estrellas? No lo podemos resolver, pero claramente hemos visto que son distintos en galaxias como la nuestra y en galaxias como M87”, plantea Armando Gil de Paz.

Pero si algo tiene claro Javier Gorgas es que los agujeros negros son “una pieza fundamental del puzle de la evolución y la formación de las galaxias”. Y ellos, con trabajos como este, están más cerca de montar ese rompecabezas.                              

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