Un hoyo negro es lo que resta al estallar una estrella decenas de veces más masiva que nuestro sol: un campo gravitatorio tan denso que ni la luz tiene suficiente velocidad para escapar. Una vez formado, el hoyo negro sigue atrayendo materia que se desvanece dejando sólo una huella: su fuerza gravitatoria que incrementa la del hoyo original. Así crecen monstruos en el centro de las galaxias, a donde “caen” las estrellas en remolino. Si por definición no son visibles, ¿cómo calcular la masa de un hoyo negro? Una técnica desarrollada por la Agencia Europea del Espacio ha permitido a Nikolai Shaposhnikov y Lev Titarchuk, de la NASA, determinar el “peso”, dicho en términos terrestres, o la masa, del hoyo negro localizado en la constelación del Cisne, a unos 10 mil años luz de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Si el hoyo negro por definición no es visible, su presencia se descubre por sus efectos gravitatorios. Y de estos efectos se puede inferir la masa. El sistema binario o de dos estrellas conocido como Cisne X-1 (Cygnus, en latín) contiene unas nueve veces la masa de nuestro sol, y fue uno de los primeros candidatos para hoyo negro cuando éstos eran únicamente una derivación de las ecuaciones de Einstein, descubierta por un joven soldado alemán en las trincheras de la Primera Guerra Mundial. El sistema observado en Cisne consiste de una estrella azul supergigante y una compañera de gran masa, pero invisible. De ahí que a principios de la década de 1970 se pensara que la compañera invisible debía ser un hoyo negro: gravitación pura concentrada en un radio pequeño del espacio. Los cálculos sugerían unas 10 masas solares para el objeto invisible.

Trabajando independientemente de Shaposhnikov y Titarchuk, Tod Strohmayer y Richard Mushotzky, más otros colegas, también de la NASA, emplearon la técnica de Titarchuk en datos de la Agencia Espacial Europea y dieron con un hoyo negro de masa intermedia. La existencia de tales objetos ha sido controvertida porque no se encuentra un mecanismo que podría formarlos. Hay hoyos negros, como el de Cisne X-1, que se forman por el colapso de estrellas con cinco a 20 masas solares. Hay también los monstruos con miles de millones de masas solares, como los que acechan en el núcleo de las galaxias mayores. Un ejemplo reciente lo tenemos en el par supermasivo cuya localización precisa acaba de ser revelada con tecnología del observatorio Keck, en Hawaii: a 300 millones de años-luz se mezclan dos galaxias llamadas NGC 6240.

En torno de sus hoyos negros centrales giran discos de estrellas, sostiene Claire Max, de la Universidad de California en Santa Cruz. Su reporte, apareció en Science Express on line. En torno a los hoyos negros se forman discos de acreción, gas atraído por la fuerza gravitatoria, que orbita y se calienta hasta que en algún momento entra en remolino al hoyo negro. Pero en ocasiones ese material por entrar al hoyo negro se apila en lo que Titarchuk compara a un embotellamiento de tráfico. Sus cálculos demuestran que la distancia del hoyo negro a esa congestión ocurre a escalas proporcionales a la masa del hoyo negro. “Entre más masivo es el hoyo negro, más lejos ocurre esta congestión y más largo es el período orbital.” El gas así apilado para entrar al hoyo negro produce rayos X con variaciones de intensidad casi, pero no perfectas. Se las conoce como oscilaciones cuasi-periódicas. En ellas se basa el nuevo método de cálculo para la masa de hoyos negros. Aplicado a otros sistemas de estrella- hoyo negro en nuestra galaxia, el método basado en las oscilaciones muestra que da resultados coincidentes con los obtenidos por medio de otras técnicas.

Empleando el observatorio Newton de la Agencia Espacial Europea, Strohmayer, Mushotzky y sus colegas detectaron esas oscilaciones de los rayos X en una galaxia irregular a 16 millones de años-luz de la Tierra, en la constelación de Centauro. Las frecuencias en las oscilaciones y otros datos implican que esa fuente de rayos X está alimentada por un hoyo negro de masa intermedia. Uno de los coautores, Roberto Soria, piensa que se trata de un hoyo negro con masa cercana al centenar de soles.

Para más información:

Tod Strohmayer, NASA Goddard Space Flight Center, EU stroh@milkyway.gsfc.nasa.gov

Nikolai Shaposhnikov, NASA Goddard Space Flight Center, EU nikolai@milkyway.gsfc.nasa.gov

Norbert Schartel, ESA XMM-Newton Project Scientist norbert.schartel@sciops.esa.int