Andrea Ghez y Reinhard Genzel recibieron el Premio Nobel de Física de 2020 por revelar que hay un agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea gracias al movimiento de las estrellas cercanas. El mismo método se puede usar para revelar agujeros negros en el centro de cúmulos estelares de la Vía Láctea. Se publica en Nature que hay un agujero negro de masa intermedia, con unas decenas de miles de masas solares, en el centro del cúmulo ω Centauri (a 5.43 kilopársecs) gracias al movimiento rápido de 7 estrellas situadas a menos de 0.08 pársecs (3 arcosegundos) de su centro. Todas estas estas estrellas se mueven más rápido que la velocidad de escape (62 km/s) en el centro de este cúmulo con una confianza estadística mayor de 3 sigmas; de hecho, la más rápida se mueve a 113.0 ± 1.1 km/s, según las observaciones durante 20.6 años, siendo la más cercana al centro. El proyecto oMEGACat ha analizado más de 500 imágenes de archivo obtenidas por el telescopio espacial Hubble (HST) durante los últimos 20 años. En el centro de la imagen no se observa nada, lo que se interpreta como un agujero negro de masa intermedia con una masa entre 8 200 y 50 000 masas solares.
Para las siete estrellas, el movimiento en el plano de la imagen corresponde a una velocidad constante a lo largo de una línea recta. La mayor significación estadística corresponde a la estrella más cercana, la más rápida. La aceleración de las siete estrellas es compatible con cero a tres sigmas, aunque en dos de ellas se observa una posible aceleración no nula, pero solo a unas 2 sigmas (compatible con una fluctuación estadística). Por tanto, no hay indicios de la observación de órbitas cerradas (elípticas) para estas estrellas. Todo apunta a órbitas muy elíptica (como es de esperar). Usando argumentos probabilísticos, se descarta que sean estrellas rápidas de la Vía Láctea en el primer plano de la imagen (se esperan solo 0.074 de tales estrellas a menos de 3 arcosegundos del centro de ω Centauri). Por argumentos similares se descarta también que sean estrellas eyectadas por varios agujeros negros de masa estelar en la zona central del cúmulo. Así que la conclusión principal es que se trata de estrellas en órbita muy excéntrica alrededor de un cuerpo compacto de gran masa a menos de 0.3 arcosegundos del centro del cúmulo. Estimar la masa de dicho cuerpo es muy difícil sin indicios de aceleración. Los simulaciones muticuerpo de las estrellas en el centro del cúmulo descartan que no haya un agujero negro central de masa intermedia, que su masa sea mayor de 50 000 masas solares, y que en su lugar haya un cúmulo compacto de agujeros negros de masa estelar. Los mejores modelos que ajustan a las siete estrellas requieren masas entre 39 000 y 47 000 masas solares para explicar las cinco estrellas más rápidas. Lo que todos los modelos indican es que la masa del cuerpo central debe ser mayor de 8200 masas solares.
La observación de siete estrellas rápidas cercanas al centro del cúmulo ω Centauri se interpreta como indicio de la presencia de un agujero negro de masa intermedia en su centro. No se ha podido estimar su masa con precisión, pero a pesar de ello, su presencia sugiere que este cúmulo estelar podría ser el núcleo de la galaxia enana Gaia–Enceladus–Sausage. Esta idea va en la línea de los agujeros negros (aún no confirmados) que se cree que hay en algunos cúmulos estelares de la galaxia Andrómeda (M31), como G1 (20 000 masas solares) y B023-G078 (100 000 masas solares). Estudios similares se podrán realizar con otros cúmulos estelares de la Vía Láctea, como M564. Además, futuros estudios (con VLT MUSE o JWST NIRSpecIFU) podrían desvelar la aceleración de la estrella más rápida en el centro de ω Centauri, con lo que se podrá verificar si su órbita es cerrada. Hasta entonces, se mantendrán las dudas sobre la interpretación de este artículo, Maximilian Häberle, Nadine Neumayer, …, Glenn van de Ven, «Fast-moving stars around an intermediate-mass black hole in ω Centauri,» Nature 631: 285-288 (10 Jul 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07511-z, arXiv:2405.06015 [astro-ph.GA] (09 Mar 2024). Más información divulgativa en By Daryl Haggard, Adrienne Cool, «Speedy stars blow the cover of hidden black hole,» Nature 631: 280-281 (10 Jul 2024), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-02135-9; Davide Castelvecchi, «Stars hint at an unusual black hole lurking in our Galaxy,» Nature 631: 492-493 (10 Jul 2024), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-02277-w; Ethan Siegel, «Strongest “missing link” in black hole physics discovered at last,» Starts with a Bang, 10 Jul 2024;
La existencia de un agujero negro de masa intermedia en el centro de ω Centauri ya fue propuesta en 2008 usando datos del Hubble (Eva Noyola, Karl Gebhardt, Marcel Bergmann, «Gemini and Hubble Space Telescope Evidence for an Intermediate-Mass Black Hole in ω Centauri,» The Astrophysical Journal 676: 1008, doi: https://doi.org/10.1086/529002); los estudios dinámicos de las estrellas centrales del cúmulo apuntaban a un agujero negro con una masa entre 39 000 y 47 500 masas solares; pero varios estudios posteriores pusieron en duda dicho análisis dinámico, sugiriendo que su masa máxima no podía superar las 12 000 masas solares. Usando datos de VLT en 2010 se recalculó una masa entre 26 000 y 34 000 masas solares, o entre 46 000 y 48 000 masas solares, dependiendo de donde estuviera el centro del cúmulo (Eva Noyola, Karl Gebhardt, …, Holger Baumgardt, «Very Large Telescope Kinematics for Omega Centauri: Further Support for a Central Black Hole,» The Astrophysical Journal Letters 719: L60 (2010), doi: https://doi.org/10.1088/2041-8205/719/1/L60). Estudios posteriores apuntaron a una masa de unas 40 000 masas solares, pero siempre con muchas incertidumbres y mucho polémica entre los astrofísicos dedicados a este tema. El nuevo artículo en Nature resuelve parte de la polémica, al indicar cuál es la posición del centro del cúmulo y reafirmar de forma independiente que contiene un agujero negro de masa intermedia. Por desgracia, la masa todavía es una gran incógnita.
Como ya te he indicado, no se ha podido observar que las estrellas sigan órbitas cerradas (pues no hay indicios de aceleración en las estrellas observadas). Esta figura muestra el movimiento en línea recta de la estrella más rápida (llamada A) durante los 20.6 años de observación. Hay que destacar que el proyecto oMEGACat ha catalogado el movimiento propio de unas 1.4 millones de estrellas; de entre esas estrellas se han seleccionado las que se han medido de forma astrométrica y que superan ciertos criterios de calidad, reduciendo el número de estrellas a 157 320. Entre ellas se han buscado las estrellas de alta velocidad más cercanas al centro del cúmulo, lo que ha permitido seleccionar las siete estrellas más rápidas que la velocidad de escape local a una distancia menor de 0.08 pársecs del centro del cúmulo.
Esta figura ilustra el movimiento a velocidad constante (línea recta) de las siete estrellas estudiadas entre 2002 y 2023 (unos 21 años). Como no se ha observado movimiento orbital (aceleración), se ha tenido que recurrir a argumentos probabilísticos para descartar que se trate de estrellas espurias (estrellas rápidas que no están en órbita de un hipotético agujero negro en el centro del cúmulo). No entraré en detalles, pero dichos argumentos parecen convincentes, pero no son concluyentes. Futuros observaciones son necesarias. Si durante dos décadas de observaciones hubo dudas sobre si en el centro de la Vía Láctea había o no había un agujero negro supermasivo (que hasta que no se resolvieron no se concedió el Premio Nobel), las dudas en el caso de ω Centauri prometen exigir unas tres décadas. A pesar de ello, la opinión de la mayoría de los astrofísicos es que tiene que haber un agujero negro de masa intermedia en el centro de ω Centauri.
