¿Cuántos agujeros negros hay en el universo?

Los agujeros negros son notoriamente difíciles de detectar, ya que son tan negros como el espacio que los rodea. Solo podemos identificarlos en circunstancias especiales, como cuando extraen gas de una estrella vecina o se fusionan, liberando una avalancha de ondas gravitacionales .

Entonces, ¿cuántos agujeros negros hay? Para responder a la pregunta, los astrónomos deben recurrir a cálculos teóricos para hacer estimaciones. En un estudio reciente, los investigadores determinaron que hay potencialmente millones de pequeños agujeros negros aún por detectar en nuestro vecindario cósmico. Esto significa que aproximadamente el 1% de toda la materia del universo está ligada al interior de los agujeros negros.

Ingredientes del agujero negro

Para hacer un agujero negro, necesitas hacer estrellas, porque los agujeros negros provienen de la muerte de las estrellas. Entonces, para averiguar cuántos agujeros negros hay en el universo, los investigadores detrás del estudio, que apareció recientemente en la revista preprint arXiv y ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal, tuvieron que retroceder unos pasos.

El primer paso es modelar la evolución de las galaxias a lo largo de miles de millones de años de historia cósmica. Las galaxias son el hogar de las estrellas, después de todo, y su evolución general afecta la cantidad de estrellas de cada tipo que aparecen en su interior. Por ejemplo, algunas galaxias pueden formar constantemente nuevas estrellas año tras año cósmico. Otros pueden sufrir eventos de fusión que desencadenan una ronda de formación estelar increíblemente alta, solo para que se quemen y no vuelvan a producir nada notable.

Los astrónomos tomaron observaciones conocidas de las estadísticas de galaxias a lo largo del tiempo cósmico, notando la tendencia general de las tasas de fusión galáctica y la demografía. Otro factor clave es la llamada «metalicidad» de una galaxia, que es una medida de la cantidad de elementos distintos del hidrógeno y el helio dentro de una galaxia (los astrónomos los llaman «metales»). Las galaxias más grandes tendrán más gas, lo que les permitirá formar más estrellas. Pero más metales pueden mejorar el enfriamiento del gas, lo que a su vez ayuda a las galaxias a producir nuevas estrellas de manera eficiente.

Recetas de agujero negro

Con estos bloques de construcción, los astrónomos tenían un modelo de la población estelar dentro de las galaxias, diciéndoles cuántas estrellas pequeñas, medianas y grandes aparecen en el universo .

Y luego necesitaban rastrear la evolución, y lo más importante, las muertes, de esas estrellas. Para hacer eso, recurrieron a simulaciones, que conectan las propiedades de una estrella en particular (su masa y metalicidad) con su vida y eventual desaparición. Solo una fracción de las estrellas más grandes produce agujeros negros, y esas simulaciones les dicen a los astrónomos qué porcentaje de las estrellas de una galaxia se apagan cada año.

A continuación, los astrónomos tuvieron que rastrear la evolución de los sistemas binarios , ya que los agujeros negros pueden alimentarse de estrellas hermanas, llenándose de gas en el proceso. Por lo tanto, un agujero negro formado en un sistema binario terminará siendo más grande que un agujero negro nacido solo.

A medida que los agujeros negros envejecen, continúan alimentándose de cualquier gas circundante, que los astrónomos también estimaron. Por último, ocasionalmente los agujeros negros se encuentran en la oscuridad del espacio interestelar y se fusionan. Entonces, para producir una encuesta precisa, los astrónomos tuvieron que estimar la tasa de fusiones de agujeros negros dentro de cada galaxia.

El censo del gran agujero negro

Juntando todas las piezas, los astrónomos pudieron rastrear la población de agujeros negros a lo largo de miles de millones de años. Produjeron lo que se llama una «función de masa», que es una especie de censo astronómico, que informa cuántos agujeros negros de cada tamaño existen en cualquier momento.

No es sorprendente que los agujeros negros más grandes, llamados agujeros negros supermasivos , sean mucho más raros que sus primos más pequeños. Los investigadores encontraron que en cada megaparsec cúbico de espacio (donde un megaparsec es un millón de parsecs, o 3,26 millones de años luz), nuestro universo alberga aproximadamente 50 millones de masas solares por valor de agujeros negros. Si cada agujero negro tiene unas pocas veces la masa del sol, eso se traduce en alrededor de 10 millones de agujeros negros individuales en ese mismo volumen.

Para poner eso en perspectiva, la cantidad total de masa contenida por los agujeros negros es aproximadamente el 10% de la masa contenida en las estrellas. Entonces, para todas las estrellas que ves en el cielo nocturno, hay muchos agujeros negros acechando entre ellas.

Los agujeros negros supermasivos, por otro lado, son extremadamente raros, y cada galaxia generalmente alberga solo uno de esos monstruos.

En total, los agujeros negros representan aproximadamente el 1% de toda la materia bariónica (como en, no materia oscura) en el cosmos actual. Con mucho, la mayor parte de la materia bariónica se encuentra en nebulosas sueltas.

Pero aún así, eso no es nada despreciable, y significa que los agujeros negros son terriblemente comunes.