Los astrónomos que estudian la galaxia Mrk 501 han identificado un segundo chorro de materia cerca de su núcleo, una característica inesperada en un sistema que se cree alberga un único agujero negro supermasivo.
El descubrimiento proviene de más de dos décadas de observaciones de radio de alta resolución, recopiladas a través de docenas de sesiones y múltiples frecuencias utilizando una red global de telescopios. Los datos revelaron no sólo un segundo chorro, sino que cambia de posición con el tiempo.
Ese movimiento es difícil de explicar con un solo agujero negro y se explica mejor mediante dos agujeros negros supermasivos que orbitan entre sí a corta distancia y cada uno produce su propio chorro. Los hallazgos se publicarán en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
“Lo buscamos durante mucho tiempo y luego fue una completa sorpresa que no sólo pudiéramos ver un segundo avión, sino incluso rastrear su movimiento”, dijo Silke Britzen, líder de la investigación, en un comunicado de prensa.
Cómo se fusionan los agujeros negros supermasivos después de las colisiones de galaxias
Se cree que los agujeros negros supermasivos se encuentran en el centro de casi todas las galaxias grandes, con masas de millones a miles de millones de veces mayores que la del sol. Cómo crecen tanto sigue siendo una pregunta abierta, ya que es poco probable que alimentarse únicamente del gas circundante explique su tamaño, lo que sugiere que las fusiones desempeñan un papel importante.
Estas fusiones siguen a colisiones de galaxias, que son comunes. A medida que las galaxias se combinan, sus agujeros negros centrales se acercan, formando un par que luego se fusiona en uno.
Esa fase final, sin embargo, ha sido difícil de observar. Los modelos teóricos todavía luchan por describirlo, y los ejemplos claros de pares cercanos que orbitan rápidamente siguen siendo raros.
En Mrk 501, un chorro ha sido estudiado durante años porque apunta hacia la Tierra, lo que lo hace parecer especialmente brillante. El segundo chorro tiene un ángulo diferente y sólo se hizo visible cuando los investigadores compararon las observaciones realizadas a lo largo del tiempo.
Con el tiempo, el segundo chorro no permanece fijo. En cambio, se desplaza a lo largo de semanas, trazando un camino que se repite alrededor del núcleo de la galaxia. A veces, parece girar en sentido antihorario alrededor del núcleo, en consonancia con el movimiento orbital.
Ese movimiento insinúa que los chorros están atados a objetos en órbita.
Durante una observación en junio de 2022, la alineación desvió brevemente la luz hasta formar un anillo de Einstein, probablemente formado cuando un agujero negro pasó frente a otro, distorsionando la luz del chorro detrás de él.
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Una órbita rápida a corta distancia
Al analizar los patrones en el movimiento y el brillo de los chorros, los investigadores estiman que los dos agujeros negros completan una órbita cada 121 días. Están separados por aproximadamente 250 a 540 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, extremadamente cerca para objetos de este tamaño.
En esa separación, se espera que la pareja pierda energía y se convierta en una espiral hacia adentro. Dependiendo de sus masas exactas, los investigadores estiman que podrían fusionarse en tan solo 100 años (una escala de tiempo corta para objetos tan masivos).
Debido a que Mrk 501 está tan lejos, ni siquiera los instrumentos más potentes pueden resolver los dos agujeros negros por separado. En cambio, su presencia se infiere de señales indirectas como el movimiento y la estructura de sus chorros.
Una ventana a un final cósmico
A pesar de décadas de estudio, los astrónomos han luchado por detectar agujeros negros supermasivos en esta etapa, cuando dos objetos están atrapados en una órbita estrecha y que se reduce rápidamente. El sistema de Mrk 501 ofrece uno de los ejemplos más claros hasta el momento.
En 2023, los conjuntos de sincronización de púlsares detectaron un fondo de ondas gravitacionales de baja frecuencia: débiles ondas en el espacio-tiempo que se cree que provienen de muchos pares de agujeros negros que giran en espiral hacia la fusión.
Mrk 501 podría ser un caso único en el que una de esas fuentes se identifique directamente. A medida que los dos agujeros negros se acercan, deberían emitir ondas gravitacionales más fuertes, ofreciendo la oportunidad de seguir una fusión de agujeros negros supermasivos a medida que se desarrolla.
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