Gracias a los datos proporcionados por DESI, científicos descubrieron las muestras más grandes jamás obtenidas de agujeros negros de masa intermedia y de galaxias enanas que albergan un agujero negro activo, triplicando el censo existente de ambos. Estas enormes muestras permitirán realizar estudios mucho más profundos de la dinámica entre la evolución de las galaxias enanas y el crecimiento de agujeros negros. Además, abrirá un abanico de posibilidades de nuevos descubrimientos en torno a la evolución de los primeros agujeros negros del Universo.

Utilizando datos iniciales del Instrumento Espectroscópico para la Energía Oscura (DESI por sus siglas en inglés), un equipo de científicos logró recolectar la muestra más grande jamás obtenida de galaxias enanas que albergan un agujero negro en su interior, así como también, la colección más extensa de agujeros negros de masa intermedia encontrada hasta la fecha. Este doble logro no sólo amplía los conocimientos científicos de la población de agujeros negros en el Universo, sino que sienta las bases de futuras indagaciones sobre la formación de los primeros agujeros negros en el Universo y su papel en la evolución de las galaxias.

DESI es un instrumento de última generación capaz de capturar simultáneamente la luz de 5.000 galaxias. Fue construido y operado con financiamiento de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de Estados Unidos. DESI está instalado en el Telescopio Nicholas U. Mayall de 4 metros del Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO) de NSF, un Programa de NOIRLab de NSF. El programa se encuentra actualmente en el cuarto de sus cinco años de estudio, y está previsto que observe aproximadamente 40 millones de galaxias y cuásares cuando finalice el proyecto.

El proyecto DESI es una colaboración internacional de más de 900 investigadores de alrededor de 70 instituciones de todo el mundo y es administrado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab).

Con los datos iniciales de DESI, que incluyen la validación del estudio y el 20% de sus operaciones del primer año, el equipo liderado por la investigadora posdoctoral de la Universidad de Utah, Ragadeepika Pucha, pudo obtener un conjunto de datos sin precedentes que incluyen los espectros de 410.000 galaxias, entre ellas unas 115.000 galaxias enanas, es decir, unas pequeñas galaxias difusas que contienen entre miles y varios miles de millones de estrellas y muy poco gas. Este amplio conjunto permitirá a Pucha y a su equipo explorar la compleja interacción entre la evolución de los agujeros negros y la de las galaxias enanas.

Aún cuando los astrofísicos están convencidos de que todas las galaxias gigantes, como nuestra Vía Láctea, albergan agujeros negros en sus núcleos, el panorama se vuelve aún más difuso a medida que se avanza hacia la parte de menor masa del espectro. Encontrar agujeros negros es un desafío en sí mismo, pero identificarlos dentro de galaxias enanas es aún más complicado, debido a su tamaño tan pequeño y a la limitada capacidad de los instrumentos que utilizamos actualmente para determinar las regiones cercanas a estos objetos. Sin embargo, un agujero negro que se alimenta activamente es mucho más fácil de detectar.

“Cuando un agujero negro en el centro de una galaxia comienza a alimentarse, desprende una tremenda cantidad de energía en su entorno, transformándose en lo que llamamos un núcleo galáctico activo. Esta dramática actividad nos sirve de faro para poder identificar agujeros negros ocultos en estas pequeñas galaxias.” explicó Pucha.

A partir de su investigación, el equipo identificó una asombrosa cifra de 2.500 galaxias enanas candidatas a albergar un núcleo galáctico activo (AGN por sus siglas en inglés), convirtiéndose en la mayor muestra jamás registrada. La proporción significativamente mayor de galaxias enanas que albergan un AGN (2%) en relación con estudios anteriores (aldededor del 0,5%) es un resultado emocionante y sugiere que los científicos han estado pasando por alto un número considerable de agujeros negros de menor tamaño. 

En otro estudio, realizado también con los datos de DESI, el equipo identificó 300 candidatos a agujeros negros de masa intermedia, la colección más extensa hasta la fecha. La mayoría de los agujeros negros son ligeros (menos de 100 veces la masa de nuestro Sol) o supermasivos (más de un millón de veces la masa de nuestro Sol). Los agujeros negros que se encuentran entre estos dos extremos son poco conocidos, pero se cree que son reliquias de los primeros agujeros negros formados en el Universo temprano, y las semillas de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las grandes galaxias actuales. Sin embargo, siguen siendo escurridizos y hasta ahora sólo se conocían entre 100 a 150 candidatos a agujeros negros de masa intermedia. Gracias a la gran población descubierta por DESI, ahora los científicos cuentan con un potente conjunto de datos para estudiar estos enigmas cósmicos.

“El diseño tecnológico de DESI fue importante para este proyecto, en particular por el pequeño tamaño de su fibra, que nos permitió acercarnos mejor al centro de las galaxias e identificar las sutiles firmas de los agujeros negros activos”, afirma Stephanie Juneau, astrónoma asociada de NOIRLab de NSF y coautora del artículo científico. “Con otros espectrógrafos de fibra que tienen fibras más grandes, entra más luz estelar de las afueras de la galaxia, lo cual debilita las firmas que estamos buscando. Esto explica por qué en este trabajo logramos encontrar una mayor proporción de agujeros negros activos en comparación con estudios anteriores”. 

Normalmente, se espera que los agujeros negros de las galaxias enanas pertenezcan al régimen de masa intermedia. Pero, curiosamente, sólo 70 de los nuevos agujeros negros descubiertos de masa intermedia coinciden con candidatos a AGN enanos. Esto añade otro nivel de emoción a los hallazgos y plantea interrogantes sobre la formación de los agujeros negros y su evolución dentro de las galaxias.

“Por ejemplo, ¿hay alguna relación entre los mecanismos de la formación de agujeros negros y los tipos de galaxias que habitan? La abundancia de nuevos candidatos nos ayudará a investigar profundamente estos misterios, enriqueciendo nuestro conocimiento sobre los agujeros negros y su rol crucial en la evolución de las galaxias”, indicó Pucha.