Una galaxia en llamas a 500 millones de años luz de distancia podría ofrecernos un asiento de primera fila en tiempo real para la colisión de un agujero negro supermasivo en escalas de tiempo humanas, posiblemente dentro de apenas un siglo.
Un nuevo análisis de la peculiar luz de la galaxia blazar Mrk 501 sugiere la presencia no de uno, sino de dos agujeros negros supermasivos, cada uno de los cuales impulsa su propio chorro de materia a alta velocidad. No es una detección concluyente, pero según un estudio dirigido por la astrónoma Silke Britzen del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania, es actualmente la explicación más convincente para el extraño comportamiento de la galaxia.
Si se confirma, podría significar que una de las ballenas blancas de la cosmología está justo a nuestras puertas: la primera observación de una fusión entre agujeros negros supermasivos de millones a miles de millones de veces la masa del Sol.
“Hasta ahora, no se ha detectado ningún sistema de doble chorro en el núcleo de un blazar mediante imágenes directas”, escriben Britzen y sus colegas. “Así, el presente trabajo informa de la primera detección de un sistema de doble chorro, lo que lleva a la inferencia de un binario de agujeros negros supermasivos dentro del núcleo de este blazar”.
Se cree que los agujeros negros supermasivos acechan en el corazón de cada galaxia importante, el núcleo cósmico alrededor del cual gira el resto de la galaxia. Estos gigantes pueden alcanzar masas enormes y presentan varios problemas desconcertantes.
Uno de los más apremiantes es cómo diablos se vuelven tan grandes. Los agujeros negros de masa estelar (aquellos que tienen decenas de masas solares) se forman a partir del núcleo colapsado de estrellas masivas moribundas. Sabemos que estos pueden unirse para formar otros más grandes, y el más grande conocido inclina la balanza en alrededor de 225 masas solares.
Las vías de formación y evolución hacia agujeros negros con masas millones de veces mayores son más misteriosas. Parte de esto se debe a que carecemos de las herramientas para detectar ondas gravitacionales de una única fusión de agujeros negros supermasivos, lo que sería la mejor herramienta para comprender cómo crecen a través de fusiones.
Pero los agujeros negros supermasivos no son tan secretos como sus parientes mucho más pequeños. Estos colosos a menudo devoran grandes cantidades de material que gira a su alrededor formando un disco, calentándose al hacerlo y brillando con luz.
Luego, parte del material que cae sobre el agujero negro se desvía a lo largo de líneas de campo magnético fuera del horizonte de sucesos. Este material se acelera hacia los polos del agujero negro, donde se lanza al espacio con una fuerza tremenda como un chorro de plasma, brillando en luz de radio. Nuestros telescopios pueden detectar tanto el disco en llamas como los chorros de alta velocidad: la firma reveladora de un rapaz agujero negro supermasivo.
Sabemos que las galaxias chocan para hacerse más grandes; hay muchos ejemplos de colisiones galácticas en curso en todo el Universo. Y los agujeros negros supermasivos en sus centros se juntan. Hay varios ejemplos de galaxias post-fusión con dos o más agujeros negros supermasivos en el núcleo, atrapados en una órbita en espiral que se espera que eventualmente los una.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Mrk 501, ubicada a unos 464 millones de años luz de distancia, es una galaxia que los astrónomos sospechan que alberga un agujero negro supermasivo binario. Sin embargo, Mrk 501 es un blazar, una galaxia con un agujero negro supermasivo activo con un chorro relativista apuntando casi directamente a la Tierra. Es tremendamente brillante en todo el espectro electromagnético, lo que dificulta un poco los análisis detallados de su núcleo.
Britzen y sus colegas recurrieron a radiotelescopios de ultra alta resolución para rastrear los cambios en el centro de Mrk 501 en múltiples longitudes de onda de radio. Sus observaciones duraron alrededor de 23 años, lo que les permitió rastrear características brillantes en el chorro a lo largo del tiempo.
Los investigadores utilizaron estos cambios para reconstruir cómo se mueve el material cerca del motor central de la galaxia, y fue entonces cuando surgió algo extraño. El patrón parecía sugerir un segundo chorro más débil que parece girar en sentido antihorario alrededor del núcleo de radio.
“Evaluar los datos fue como estar en un barco”, dice Britzen. “Todo el sistema de chorros está en movimiento. Un sistema de dos agujeros negros puede explicar esto: el plano orbital se balancea.”
Luego, el equipo modeló el movimiento que observaron y concluyó que el comportamiento se explica más fácilmente por la presencia de un segundo agujero negro supermasivo. Encontraron dos períodos en la luz fluctuante. Uno fue de siete años, y los investigadores encontraron que era consistente con una oscilación en el sistema de chorro, como una peonza que se tambalea.
El otro duró apenas 121 días; eso, dijeron, podría ser consistente con el período orbital de los dos agujeros negros, separados por una distancia de 250 a 540 veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Para objetos tan tremendamente grandes como los agujeros negros supermasivos, eso está muy cerca.
También es una fracción de fracción de un pársec, que equivale aproximadamente a 3,2 años luz. Esto es interesante debido a algo llamado problema del parsec final.
Según los modelos, a medida que los agujeros negros supermasivos orbitan entre sí, transfieren su energía orbital a las estrellas y al gas que los rodea, lo que hace que su órbita mutua se haga cada vez más pequeña. A medida que la distancia entre ellos se reduce, la cantidad de cosas que pueden robarles el impulso también se reduce.
Cuando están a un parsec de distancia, su vecindad galáctica ya no puede soportar una mayor desintegración orbital, por lo que la órbita de los agujeros negros puede detenerse durante lo que podría ser un período de tiempo muy largo, más largo que la vida útil actual del Universo.
Si Mrk 501 alberga realmente un agujero negro supermasivo binario, la separación orbital del par es como máximo de sólo 0,0026 pársecs, lo que sugiere que tales binarios pueden encontrar una manera de cerrar una brecha que la física nos dice que es muy difícil de superar.
Agujeros negros supermasivos, hombre. Cosas salvajes.
De todos modos, debido a que estos binarios aún no confirmados estarían tan juntos, el tiempo antes de que colisionen podría ser muy corto: menos de 100 años, dicen los investigadores. Por lo tanto, vale la pena vigilar MRK 501, especialmente con matrices de temporización de púlsares que podrían detectar las ondas gravitacionales de baja frecuencia que emiten.
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“Si se detectan ondas gravitacionales”, dice el astrónomo Héctor Olivares de la Universidad de Radboud en los Países Bajos, “podemos incluso ver su frecuencia aumentar constantemente a medida que los dos gigantes giran en espiral hacia la colisión, ofreciendo una rara oportunidad de observar cómo se desarrolla la fusión de un agujero negro supermasivo”.
El artículo ha sido aceptado para su publicación en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.