¿Cuál es el mayor tamaño posible de un agujero negro? Los astrofísicos responden a esta pregunta

Los agujeros negros supermasivos son objetos que se encuentran en los centros de las galaxias, incluida la Vía Láctea. Tienen masas que alcanzan millones o incluso miles de millones de veces la masa del Sol. Mientras que una galaxia tiene un agujero negro supermasivo en el centro, se pueden encontrar miles de millones de agujeros negros más pequeños llamados estelares en diferentes partes de la galaxia.

Si bien los agujeros negros estelares se forman a partir de la muerte de estrellas masivas, el origen de los agujeros negros supermasivos sigue siendo un misterio. Se han propuesto varias hipótesis para explicar cómo se forman los agujeros negros. Una es que los supermasivos se formaron cuando agujeros negros más pequeños se alimentaron y fusionaron. Otra propuesta es la formación directa a partir de densas nubes de gas primordial.

Además, existe una relación entre los agujeros negros supermasivos y su galaxia, por ejemplo, la masa del agujero negro central y la masa del bulbo estelar. Esta relación indica que puede haber ocurrido una coevolución de la galaxia y el agujero negro. Al analizar esta relación, un grupo de astrónomos descubrió que puede haber un límite superior al que puede alcanzar un agujero negro supermasivo.

Agujeros negros supermasivos

Los agujeros negros supermasivos son agujeros negros que tienen una masa de millones a miles de millones de masas solares. Generalmente, los agujeros negros supermasivos se encuentran en los centros de las galaxias. La Vía Láctea tiene un agujero negro supermasivo llamado Sgr A* con alrededor de 4 millones de masas solares.

Los agujeros negros supermasivos tienen un enorme horizonte de sucesos que puede variar desde el radio de la órbita de Mercurio hasta cientos de veces más grande que el Sistema Solar. El horizonte de sucesos es la región que delimita el punto donde ni siquiera la luz puede escapar del agujero negro. El más grande conocido actualmente es el Phoenix A*, que alcanza 100 mil millones de veces la masa del Sol.

Origen de los agujeros negros

Debido a sus enormes tamaños y masas, los agujeros negros supermasivos no tendrían tiempo suficiente para alcanzar estos tamaños sólo mediante acreción. Esto lleva a la pregunta de cómo surgieron los agujeros negros supermasivos y cómo llegaron a los centros de las galaxias. Se han propuesto diferentes hipótesis para explicar el origen de estos objetos, pero hasta la fecha ninguna ha podido explicarlo.

Una de las razones es que las observaciones de cuando el Universo era extremadamente joven muestran agujeros negros con masas muy grandes. Su presencia en este momento en el Universo crea un problema para los modelos teóricos porque el tiempo disponible para su crecimiento a partir de los agujeros negros estelares es muy corto. Esto plantea dudas sobre qué tan rápido crecieron.

Relación con la galaxia

Una forma de abordar esta cuestión es observar la relación conocida entre los agujeros negros supermasivos y las galaxias que habitan. Existen diferentes correlaciones que conectan la masa del agujero negro con las propiedades de las galaxias . Uno de ellos es la relación masa-dispersión, que muestra que la masa del agujero negro está relacionada con la velocidad de dispersión de las estrellas en el bulbo galáctico.

Otra correlación es la masa del agujero negro y la masa del bulbo galáctico. Esto podría indicar que estos agujeros negros y sus galaxias evolucionan juntos. Un ejemplo de esta coevolución es el efecto de las retroalimentaciones cuando los vientos y chorros emitidos por el agujero negro regulan la formación de estrellas e impiden el crecimiento excesivo de galaxias.

¿Cuándo dejan de crecer?

La pregunta que surge es ¿hasta qué tamaño pueden crecer los agujeros negros? ¿Hay algún límite máximo que alcancen? Según un artículo enviado recientemente al repositorio arXiv, los agujeros negros supermasivos tienen un límite de crecimiento natural. Y el límite lo pondrían los propios agujeros negros.

Cuando un agujero negro se alimenta de gas, una parte del mismo es expulsada mediante retroalimentaciones como vientos y chorros. Las retroalimentación pueden llegar a gases fríos y distantes de la galaxia, provocando que el gas se caliente, además de expulsar los gases cercanos al agujero negro. El proceso de calentamiento detiene la formación de estrellas. Este proceso evita que el gas caiga hacia el centro y regula el crecimiento del agujero negro.

Límite

Teniendo en cuenta los mecanismos de retroalimentación, es posible calcular el tamaño más grande posible de un agujero negro. El límite máximo que podría alcanzar un agujero negro sería de aproximadamente 100 mil millones de masas solares.

Si se confirma, esto demostraría que Phoenix A* es uno de los únicos agujeros negros de este tamaño que encontraremos. Encontrar uno más grande o del mismo tamaño que el Phoenix A* puede ser extremadamente raro.

Referencia de noticias

Natarajan & Treister ¿Existe un límite superior para las masas de los agujeros negros? arXiv