La falta de agujeros negros masivos en los datos del telescopio es causada por sesgos

Nuestros telescopios nunca han detectado un agujero negro más masivo que 20 veces la masa del sol. Sin embargo, ahora sabemos de su existencia, ya que recientemente se ha “escuchado” a docenas de esos agujeros negros fusionarse a través de la radiación de ondas gravitacionales. Un equipo de astrónomos dirigido por Peter Jonker (SRON / Radboud) ha descubierto ahora que estos resultados aparentemente dispares pueden explicarse por sesgos contra los agujeros negros masivos en las observaciones de telescopios convencionales.

En 2015, las instalaciones de LIGO detectaron ondas gravitacionales por primera vez. Fueron emitidos por dos agujeros negros masivos de varias decenas de la masa del sol en proceso de fusión. Este descubrimiento sacudió al universo, y también a la comunidad astronómica, porque pocos astrónomos habían predicho que existirían agujeros negros tan masivos, y mucho menos que podrían fusionarse. Antes de las detecciones de ondas gravitacionales, nuestros telescopios convencionales habían encontrado pruebas de la existencia de agujeros negros de masa estelar en unos 20 casos. Sin embargo, nunca se había encontrado ninguno que fuera tan masivo como los que ahora se observan a través de la radiación de ondas gravitacionales emitida durante la fusión. Hasta ahora, se han detectado alrededor de 50 de estos pares de agujeros negros fusionados, incluido el detector europeo Virgo, nuevamente en la mayoría de los casos que involucran agujeros negros masivos. Los telescopios aún no han encontrado tales agujeros negros.

Esta disparidad se puede explicar en parte por el mayor volumen del universo que están probando los detectores de ondas gravitacionales. LIGO-Virgo puede encontrar agujeros negros más masivos con mayor facilidad porque sus ondas son más fuertes en relación con las de los agujeros negros más ligeros, lo que implica que estos podrían ser eventos raros pero ruidosos. ¿Pero cero detecciones de tales agujeros negros usando telescopios? Los agujeros negros, o al menos su entorno cercano, se iluminan cuando devoran lentamente a una estrella compañera. Mediante mediciones del movimiento orbital de la desventurada estrella, se puede determinar la masa del agujero negro.

Un equipo de astrónomos dirigido por Peter Jonker (Instituto de Investigación Espacial SRON de los Países Bajos / Universidad de Radboud) se dio cuenta de que las observaciones del telescopio están sesgadas en contra de la detección de agujeros negros masivos. Estos agujeros negros masivos pueden, en principio, observarse si comen masa de una estrella compañera. Sin embargo, las circunstancias para esas observaciones han sido demasiado difíciles en la práctica, lo que explica la falta de detección de agujeros negros masivos a través de observaciones telescópicas. Los agujeros negros más grandes se forman mediante la implosión de estrellas masivas, en lugar de la explosión de estrellas masivas (“supernova”). Formados a través de una implosión, estos enormes agujeros negros permanecen en el mismo lugar donde nació su predecesora (la estrella masiva), el plano de la galaxia Vía Láctea. Sin embargo, eso significa que permanecen envueltos en polvo y gas. Sus hermanas y hermanos de agujeros negros más ligeros, nacidos de estrellas masivas a través de explosiones de supernovas, experimentan una patada que los expulsa del plano de la Vía Láctea, haciéndolos más fácilmente observables para nuestros telescopios que miden su masa.

Lo que agrava este sesgo, como lo descubrieron Jonker y sus colegas, es que cualquier estrella compañera de un agujero negro masivo debe orbitar a una distancia relativamente grande, por lo que es más raro que una estrella compañera sea devorada en un frenesí observable. Estos episodios son los que delatan la existencia y ubicación de los agujeros negros. Por lo tanto, los agujeros negros más masivos raramente revelarán su ubicación.

El lanzamiento inminente del telescopio espacial James Webb (JWST) el 18 de diciembre permitirá a los astrónomos probar estas ideas. JWST permitirá por primera vez la medición de la masa de varios sistemas de candidatos a agujeros negros en el plano de la Vía Láctea. JWST será sensible a la luz infrarroja, y dicha luz se verá mucho menos afectada por el polvo y el gas que la luz óptica que suelen utilizar los telescopios terrestres. Además, el gran tamaño de JWST y su ventajosa posición en el espacio permiten a JWST elegir la estrella correcta para estudiar entre los millones de estrellas en el plano de la Vía Láctea. Finalmente, al estar por encima de la atmósfera de la Tierra, JWST no se verá obstaculizado por la luz infrarroja emitida por la atmósfera.