Según la impresión tradicional, los agujeros negros suelen estar "atrincherados" en los centros de las galaxias. Sin embargo,Investigadores del Observatorio de Shanghai de la Academia de Ciencias de China descubrieron un agujero negro "inquieto" en una galaxia enana a unos 230 millones de años luz de la Tierra. No permaneció en el núcleo de la galaxia, sino que se desvió del centro casi 1 kiloparsec (unos 3.000 años luz) y expulsó chorros de radio. Este agujero negro "fuera del núcleo, de acreción in situ y con chorros" en una galaxia enana cercana es actualmente uno de los casos con el desplazamiento al rojo más bajo y la evidencia más sólida.
Este descubrimiento fortalece aún más la comprensión de que "el crecimiento de los agujeros negros no se limita al centro de las galaxias" y proporciona una nueva perspectiva para comprender el rápido crecimiento de los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo.Los resultados relevantes se publicaron en línea en Science Bulletin el 5 de septiembre de 2025.
En nuestra imagen habitual del universo, los agujeros negros suelen considerarse los "corazones" de las galaxias. Sin embargo, cada vez más observaciones muestran que algunos agujeros negros no permanecen en el centro de las galaxias, sino que se desvían del núcleo y "deambulan" en el disco galáctico o en los bordes exteriores. Estos objetos se denominan "agujeros negros errantes", y deambulan por el universo como viajeros perdidos.
¿Por qué buscarlos en galaxias enanas? Las galaxias enanas tienen masas pequeñas e historias evolutivas relativamente simples. Son como "fósiles cósmicos" que conservan pistas sobre el crecimiento de los primeros agujeros negros. La teoría predice que el retroceso de las ondas gravitacionales o la interacción de múltiples cuerpos después de la fusión de galaxias puede causar fácilmente que los agujeros negros sean expulsados del centro de las galaxias enanas con pozos de potencial gravitacional poco profundos y se conviertan en agujeros negros que deambulan por la periferia de la galaxia. Algunas simulaciones incluso sugieren que una proporción significativa de los agujeros negros de las galaxias enanas están desplazados del centro hasta en mil pársecs, pero hace tiempo que falta evidencia observacional directa e inequívoca.
Un equipo internacional dirigido por el investigador An Tao del Observatorio de Shanghai de la Academia de Ciencias de China fijó su mirada en una galaxia enana llamada MaNGA 12772-12704, que se encuentra a sólo unos 230 millones de años luz de la Tierra (desplazamiento al rojo z≈0,017). Basándose en los datos espectrales del campo de visión integrado del Near Galaxy Spectral Survey (MaNGA), los investigadores descubrieron que esta galaxia exhibe características de núcleos galácticos activos débiles (AGN). La forma general de la galaxia es regular y no hay signos evidentes de fusión o doble AGN. Pero el punto clave es que la radiación de radio asociada con él no está en el centro geométrico de la galaxia, sino que está compensada por casi mil pársecs desde el centro.
Para confirmar su naturaleza, el equipo utilizó el radiotelescopio Very Long Baseline Array (VLBA) para realizar imágenes profundas en las bandas de 1,6 GHz y 4,9 GHz. Los resultados muestran que la distancia angular entre la fuente y el centro de la galaxia es de 2,68 segundos de arco (correspondiente a 0,94 kilopársecs), la temperatura de brillo del núcleo de radio supera los mil millones de Kelvin y en la imagen de 1,6 GHz se observó una estructura de radiación de radio que se extiende aproximadamente 2,2 pársecs (7,2 años luz) a lo largo de la dirección sureste. Estas son características típicas de AGN. No solo eso, el equipo también revisó sistemáticamente los datos de archivo de 1993 a 2023 y descubrió que la fuente mostraba cambios "fuertes y débiles" no monótonos en una escala de décadas, consistentes con el comportamiento de "acreción in situ a largo plazo"; esto es significativamente diferente de la ley común de desintegración monótona de restos de supernovas en una escala de tiempo de varios años, eliminando así efectivamente a los "pretendientes". Combinada con la masa de la estrella en su galaxia anfitriona, la estimación empírica de la masa del agujero negro es aproximadamente 300.000 veces la masa del Sol, lo que entra en la categoría de agujeros negros de masa intermedia (IMBH). Combinando múltiples características de observación, se puede confirmar que se trata de un agujero negro libre con acreción activa y chorros, y que actualmente es una de las galaxias enanas más cercanas (desplazamiento al rojo más bajo). El investigador asistente Liu Yuanqi dijo vívidamente: "Es como un faro cósmico iluminado por un 'agujero negro errante'. Aunque ha abandonado el centro de la galaxia, todavía está expulsando energía hacia afuera".
Este hallazgo es particularmente sorprendente cuando se ve desde una perspectiva estadística más amplia. Entre más de 3.000 galaxias enanas MaNGA, los investigadores seleccionaron 628 candidatas AGN. Alrededor del 62% de las fuentes tenían AGN que se desviaban del centro óptico de la galaxia, lo que indica que la desnuclearización puede no ser infrecuente. Pero "candidato" no es lo mismo que "confirmación". El equipo de An Tao llevó a cabo una selección de niveles múltiples de más de 600 candidatos y finalmente seleccionó 11 objetivos que eran más prometedores para detectar radiación de radio y utilizaron la mayor sensibilidad y resolución para rastrear observaciones. Entre las observaciones de estas 11 fuentes objetivo, sólo MaNGA 12772-12704 tiene la triple evidencia de "temperatura densa de alto brillo, chorro de pársec y variación de luz en el dominio del tiempo de 30 años" al mismo tiempo, convirtiéndose en el único caso confirmado hasta el momento.
Aspectos destacados del artículo
Esta investigación convierte los "agujeros negros errantes" de una conjetura teórica a una observación directa. Con la llegada de la próxima generación de telescopios, es posible que los "agujeros negros desaparecidos" ya no sean raros: en el futuro, los telescopios ópticos de apertura extremadamente grande podrán medir con precisión el centro óptico y la estructura de las galaxias enanas, adquirir espectros de alta resolución en profundidad, resolver características AGN débiles o enmascaradas, descubrir más candidatos a agujeros negros libres o fuera del núcleo y ampliar el tamaño de la muestra.
Con la finalización del FAST Core Array y el Square Kilometer Array Radio Telescope (SKA), los astrónomos tendrán la oportunidad de realizar estudios sistemáticos del cielo con mayor sensibilidad y resolución, detectar señales de radio más débiles e incluso resolver directamente microchorros en el nivel subparsec, generando avances en la confirmación y la investigación estadística de agujeros negros excéntricos. Quizás en el futuro nos demos cuenta de que los agujeros negros errantes en el universo no son infrecuentes. Son como "viajeros invisibles" en los bordes de las galaxias, que afectan silenciosa y profundamente el curso de la vida de las galaxias.