El par de agujeros negros más pesado jamás visto pesa 28 mil millones de veces más que el Sol
Dos agujeros negros supermasivos que se encuentran en “galaxias fósiles” creadas por colisiones son tan masivos que se niegan a chocar y fusionarse. El descubrimiento podría explicar por qué, aunque teóricamente se predicen fusiones de agujeros negros supermasivos, nunca se han observado en curso.
El sistema de agujeros negros supermasivo se encuentra en la galaxia elíptica B2 0402+379. Juntos, los dos agujeros negros tienen una masa combinada de 28 mil millones veces más grande que el Sol, lo que lo convierte en el agujero negro binario más masivo jamás visto. No sólo eso, sino que los componentes binarios de este sistema son los más cercanos de un par de agujeros negros supermasivos, separados por sólo 24 años luz.
Este es el único agujero negro supermasivo binario que se ha resuelto con suficiente detalle como para ver los dos objetos por separado. Curiosamente, aunque la proximidad de los dos cuerpos sugiere que deberían colisionar y fusionarse, parecen haber estado atrapados en la misma danza orbital entre sí durante más de 3 mil millones de años.
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El equipo que encontró el binario en los datos recopilados por el telescopio Gemini Norte en Hawaii cree que los agujeros negros supermasivos no pueden fusionarse debido a su enorme masa.
«Por lo general, parece que las galaxias con pares de agujeros negros más ligeros tienen suficientes estrellas y masa para unirlos rápidamente», dijo en un comunicado el miembro del equipo Roger Romani, profesor de física en la Universidad de Stanford. declaración. «Debido a que este par es tan pesado, se necesitaron muchas estrellas y gas para realizar el trabajo. Pero el binario despojó esta materia de la galaxia central, dejándola paralizada».
Un par de agujeros negros supermasivos simplemente no son compatibles… todavía
B2 0402+379 es un «cúmulo fósil» que representa lo que sucede cuando un cúmulo de galaxias completo de estrellas y gas se fusiona en una sola galaxia masiva. La enorme masa de los dos agujeros negros supermasivos en su centro sugiere que una cadena de fusiones entre agujeros negros más pequeños los creó cuando múltiples galaxias en el cúmulo se encontraron y fusionaron.
Los científicos creen que en el corazón de la mayoría, si no de todas, las galaxias hay un agujero negro supermasivo con una masa equivalente a millones o miles de millones de soles. Ninguna estrella puede colapsar para dar origen a agujeros negros de esta masa, por lo que se cree que los agujeros negros supermasivos nacen a través de cadenas de fusiones entre agujeros negros cada vez más grandes.
Cuando las galaxias chocan y se fusionan, los científicos teorizan que los agujeros negros supermasivos en sus corazones se mueven juntos, formando un par binario. A medida que orbitan entre sí, estos agujeros negros emiten ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales que alejan el momento angular del binario, lo que hace que los agujeros negros orbiten más cerca unos de otros.
Con el tiempo, cuando los agujeros negros estén lo suficientemente cerca, su atracción gravitacional debería tomar el control y los agujeros negros colisionarán y se fusionarán, tal como lo hicieron los agujeros negros que colisionaron para crearlos. La pregunta es: ¿podrían algunos agujeros negros supermasivos ser tan masivos que la colisión se detuviera?
Para comprender mejor este sistema de pesos pesados de los agujeros negros, el equipo recurrió a datos de archivo recopilados por el espectrógrafo multiobjeto Gemini (GSO) de Gemini North. Esto les permite determinar la velocidad de las estrellas en las proximidades de los dos agujeros negros supermasivos y, a su vez, la masa total de esos agujeros negros.
«La excelente sensibilidad de GMOS nos permitió mapear las velocidades crecientes de las estrellas a medida que miramos más cerca del centro de la galaxia», añadió Romani. “Con esto pudimos inferir la masa total de los agujeros negros que residen allí«.
Una fusión estancada
La masa de los dos agujeros negros del sistema es tan grande que el equipo cree que se necesitaría una población excepcionalmente grande de estrellas a su alrededor para acercar los agujeros negros supermasivos. Sin embargo, mientras esto sucedió, la energía que se filtra del binario ha arrojado materia fuera de su entorno.
Esto dejó el centro de B2 0402+379 desprovisto de estrellas y gas lo suficientemente cerca del binario como para extraer energía de él. Como resultado, el avance de estos dos agujeros negros supermasivos entre sí se ha estancado a medida que se acercan a las etapas finales antes de una fusión.
Los resultados del equipo proporcionan un contexto importante sobre la formación de binarios de agujeros negros supermasivos después de fusiones de galaxias, pero también respaldan la idea de que la masa de dichos binarios es esencial para evitar que los agujeros negros sigan su ejemplo.
El equipo no está seguro de si estos dos agujeros negros supermasivos en este binario más pesado jamás detectado superarán esta pausa para eventualmente fusionarse, o si quedarán permanentemente atrapados en el limbo de la fusión.
«Esperamos seguir las investigaciones del núcleo de B2 0402+379, donde veremos cuánto gas hay presente», dijo el autor principal de la investigación y estudiante graduado de Stanford, Tirth Surti. «Esto debería darnos más información sobre si los agujeros negros supermasivos pueden eventualmente fusionarse o permanecer varados como binarios».
Una forma de romper este impasse supermasivo es si otra galaxia se fusiona con B2 0402+379, arrojando así muchas más estrellas, gas y otro agujero negro supermasivo a la mezcla y alterando este delicado equilibrio. Sin embargo, el hecho de que B2 0402+379 sea una galaxia fósil intacta durante miles de millones de años hace que este escenario sea probable.
Una cosa que garantiza esta investigación es la utilidad de los datos de archivo de telescopios como Gemini Norte, que se combina con el telescopio Gemini Sur ubicado en una montaña de los Andes chilenos para formar el Observatorio Internacional Gemini para astrónomos.
«El archivo de datos que sirve al Observatorio Internacional Gemini contiene una mina de oro de descubrimientos científicos sin explotar», dijo Martin Still, director del programa Nation Science Foundation para el Observatorio Internacional Gemini. «Las mediciones de masa de este agujero negro binario supermasivo extremo son un ejemplo inspirador del impacto potencial de una nueva investigación que explore este rico archivo».
La investigación del equipo se publica en la Revista Astrofísica.
