Los cuásares, los objetos más brillantes del cosmos, podrían actuar como señales cósmicas, dirigiendo a los astrónomos hacia esquivos pares de agujeros negros supermasivos.
Aunque los científicos son conscientes de que agujeros negros supermasivos Con masas de millones o incluso miles de millones de veces la del Sol acechando en el corazón de la mayoría de las grandes galaxias, si no de todas, las parejas binarias de estos titanes cósmicos han sido difíciles de detectar. Eso no puede ser porque sistemas binarios de agujeros negros supermasivos Son increíblemente raros. Después de todo, estos gigantes se forman a través de fusiones que comienzan cuando las galaxias chocan. Eso significa que debe haber una gran población de agujero negro supermasivo Hay sistemas binarios que están a punto de colisionar y crear un agujero negro supermasivo hijo aún más monstruoso. Pero ¿dónde están?
Una nueva investigación sugiere que cuásares — los corazones luminosos de las galaxias activas, que son alimentadas por Alimentando agujeros negros supermasivos — podría ser la respuesta a esa pregunta. El equipo que está detrás de la investigación cree que las galaxias con cuásares podrían tener siete veces más probabilidades de albergar sistemas binarios de agujeros negros supermasivos que otras galaxias.
Los hallazgos podrían ayudar a la búsqueda de estos monstruosos dúos utilizando ondas gravitacionalespequeñas ondas en el espacio y el tiempo (unidas como una entidad de 4 dimensiones llamada espacio-tiempo), que fueron predichas por primera vez en la teoría de Einstein. teoría de la relatividad general en 1915.
“Estos hallazgos son útiles para búsquedas específicas de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos, en los que buscamos galaxias y cuásares específicos para detectar señales continuas. ondas gravitacionales “de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos individuales”, dijo a Space.com el autor principal de la investigación, Andrew Casey-Clyde, candidato a doctorado en la Universidad de Connecticut e investigador visitante en la Universidad de Yale.
“Nuestros resultados significan que estas búsquedas dirigidas tendrán hasta siete veces más probabilidades de encontrar ondas gravitacionales de un sistema binario de agujeros negros supermasivos en un cuásar que en una galaxia masiva aleatoria”, dijo Casey-Clyde.
Irónicamente, el descubrimiento del equipo comenzó con un hallazgo algo decepcionante. En 2015, el Estudio transitorio en tiempo real de Catalina (CRTS)realizado por tres telescopios que cubren una vasta área del cielo, propuso que 111 cuásares con curvas de luz periódicas podrían ser candidatos a binarios de agujeros negros supermasivos.
Sin embargo, utilizando el zumbido del universo medido recientemente, llamado “Fondo de ondas gravitacionales“Casey-Clyde y sus colegas determinaron que la mayoría de estos candidatos a cuásares binarios probablemente fueran detecciones falsas.
“Incluso después de corregir la gran cantidad de falsos positivos en las muestras de candidatos binarios CRTS, este trabajo muestra que los cuásares pueden tener más probabilidades de albergar sistemas binarios de agujeros negros supermasivos que galaxias aleatorias”, dijo Casey-Clyde.
Los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos se esconden detrás de los objetos más brillantes del universo
Algunos agujeros negros supermasivos están rodeados por una gran cantidad de material, en forma de una nube aplanada de gas y polvo llamada disco de acreción que los alimenta gradualmente con materia. Influencia gravitacional de estos agujeros negros supermasivos genera poderosas fuerzas de marea en los discos de acreción, que causan fricción que calienta este material y hace que brille intensamente en todo el espectro electromagnético.
Además, el material que no llega al agujero negro se canaliza hacia sus polos, desde donde se expulsa en forma de chorros de alta energía y muy colimados. Estos chorros también emiten radiación electromagnética. Como resultado de estos fenómenos, estas regiones galácticas centrales, llamadas “núcleos galácticos activos” (AGN), vistos como cuásares, pueden ser tan brillantes que eclipsan la luz combinada de todas las estrellas de la galaxia que las rodea.
A menudo, el agujero negro supermasivo se da un festín y, por lo tanto, puede generar un cuásar porque se encuentra dentro de un galaxia que se ha fusionado con otra galaxia de tamaño similar. Esta colisión actúa como un centro de concentración cósmica, que aporta al agujero negro un nuevo suministro de gas y polvo. La fusión galáctica también acerca dos agujeros negros supermasivos.
Cuásares binarios son sistemas de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos con actividad de cuásar asociada a un disco de acreción que rodea ambos agujeros negros supermasivos en el binario.
“Sabemos que los cuásares pueden ser activados por grandes fusiones de galaxias, donde
Dos galaxias de masa similar se fusionan. Estas fusiones también conducen a la
“Esto podría provocar la formación de un sistema binario de agujeros negros supermasivos”, dijo Casey-Clyde. “Dado que los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos se forman por fusiones de galaxias importantes, y los cuásares pueden ser activados por esas fusiones, esto sugiere que algunos cuásares podrían estar asociados con sistemas binarios de agujeros negros supermasivos”.
A los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos no les gustan los cuásares demasiado brillantes
Para esta investigación, el equipo analizó específicamente cuásares con emisiones de luz que se repiten durante un período de tiempo determinado, emisiones conocidas como curvas de luz periódicasLas simulaciones han sugerido que las curvas de luz periódicas asociadas con los cuásares podrían ser la firma de un sistema binario de agujeros negros supermasivos. Parte integral de su estudio fue una colección de estrellas que giraban con gran precisión pulsares de estrellas de neutrones Se trata de un conjunto de pulsares denominado NANOGrav. Los pulsares, que giran cientos de veces por segundo, pueden utilizarse como un cronómetro cósmico de alta sensibilidad cuando se los considera en masa.
El año pasado, el Matriz de púlsares NANOGrav Detectaron la débil señal de ondas gravitacionales de fondo provenientes de fusiones de agujeros negros distantes, y el equipo pudo usar esta detección para limitar la población de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos. Los púlsares de NANOGrav ayudaron luego al equipo a poner límites a la población de cuásares.
Debido a que el equipo utilizó una combinación de observaciones electromagnéticas de cuásares y detecciones de ondas gravitacionales de la matriz de púlsares NANOGrav, la investigación es un ejemplo de “astronomía de múltiples mensajeros” — investigaciones del universo que utilizan al menos dos señales completamente diferentes al unísono.
“La astronomía de múltiples mensajeros fue crucial para limitar la población de cuásares binarios en este trabajo. En concreto, dado que los cuásares binarios son un subconjunto tanto de las poblaciones de cuásares como de las de agujeros negros supermasivos, las limitaciones de cada uno de ellos también son limitaciones de la población de cuásares binarios”, dijo Casey-Clyde. “Hemos sospechado que los cuásares podrían indicar la existencia de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos durante mucho tiempo debido a las conexiones que ambos tienen con las grandes fusiones de galaxias. Ahora hemos demostrado que la asociación sigue siendo plausible, incluso después de considerar la contaminación en la muestra del CRTS”.
Los resultados también sorprendieron a Casey-Clyde y al equipo, ya que descubrieron que los cuásares más brillantes tienen menos probabilidades de albergar un binario de agujero negro supermasivo que los cuásares más débiles.
“El hecho de que los candidatos a cuásares binarios más brillantes sean los menos propensos a ser genuinos fue sorprendente. Sin embargo, tiene sentido si se considera la rareza de Sistemas binarios de agujeros negros supermasivos de gran masa“Esto se debe a que los cuásares binarios más brillantes deben estar asociados con los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos más masivos. Sin embargo, los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos más masivos son raros, porque se fusionan con relativa rapidez”.
Esto significa que los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos de menor masa pasan más tiempo en el rango de aquellos objetos que los conjuntos de cronometraje de púlsares pueden detectar y, por lo tanto, es mucho más probable que sean detectados.
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Casey-Clyde agregó que el objetivo búsquedas de ondas gravitacionales son uno de los próximos pasos más importantes para esta investigación, y agregó que el equipo también pretende buscar pares de agujeros negros ampliamente separados que representen la etapa antes de que se forme un binario de agujeros negros supermasivos cercano.
“En particular, detectar ondas gravitacionales de una galaxia que alberga un cuásar nos permitirá probar cómo el movimiento orbital de un sistema binario de agujeros negros supermasivos se imprime en una
“La curva de luz del cuásar”, dijo. “Las búsquedas de AGN duales serán importantes para limitar los emparejamientos de agujeros negros supermasivos, que son precursores con una gran separación de los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos resultantes de las recientes fusiones de galaxias”.
Esto permitirá al equipo limitar mejor el número de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos que esperan ver en el cosmos y así comprender mejor la relación entre los cuásares y las fusiones de galaxias.
“El Estudio del Legado del Espacio y el Tiempo (LSST) que pronto llevará a cabo la Observatorio Vera C. Rubin “Será crucial para mejorar las restricciones sobre la población binaria de cuásares”, concluyó Casey-Clyde. “Tendremos que esperar alrededor de una década”.
Sin embargo, es necesario realizar observaciones para lograrlo, ya que se cree que las curvas de luz de los cuásares binarios tienen períodos en la escala de años”.
La investigación del equipo se publica como un artículo previamente revisado por pares en el sitio del repositorio. 1998.