Dos agujeros negros supermasivos descubiertos en “galaxias fósiles” en colisión son tan masivos que se niegan a chocar y fusionarse. Este 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 común de 28 mil millones veces más grande que el del sol, lo que lo convierte en el agujero negro binario más masivo jamás visto. Además, los componentes binarios de este sistema son los más cercanos a un par de agujeros negros supermasivos, separados por sólo 24 años luz.
Es el único agujero negro supermasivo binario que se ha resuelto con suficiente detalle como para permitir que los dos objetos se vean 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.
«Normalmente, parece que las galaxias con pares de agujeros negros más ligeros tienen suficientes estrellas y masa para juntarlos rápidamente», dijo el miembro del equipo Roger Romani, profesor de física en la Universidad de Stanford, en un comunicado de prensa. declaración. «Debido a que este par es tan pesado, se necesitaron muchas estrellas y gas para hacer el trabajo. Pero el binario viajó a través de la galaxia central de esta materia, dejándola parada».
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 núcleo sugiere que una cadena de fusiones entre agujeros negros más pequeños los creó cuando varias galaxias del 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 tan masivos, razón por la cual 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 plantean la hipótesis de que los agujeros negros supermasivos en sus corazones se mueven juntos, formando un par binario. Cuando orbitan entre sí, estos agujeros negros emiten ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales que desvían el momento angular del binario, lo que hace que los agujeros negros orbiten más juntos.
Con el tiempo, cuando los agujeros negros estén lo suficientemente cerca unos de otros, su atracción gravitacional debería tomar el control y los agujeros negros chocarán 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 una colisión así sería bloqueada?
Para comprender mejor este sistema pesado de agujeros negros, el equipo recurrió a datos de archivo recopilados por el espectrógrafo multiobjeto (GSO) Gemini North de Gemini North. Esto les permite determinar la velocidad de las estrellas cercanas a los dos agujeros negros supermasivos y, por tanto, la masa total de estos agujeros negros.
«La excelente sensibilidad de GMOS nos permitió mapear las velocidades crecientes de las estrellas a medida que nos acercamos al centro de la galaxia», añadió Romani. «Gracias a esto pudimos deducir 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 unir los agujeros negros supermasivos. Sin embargo, cuando esto sucedió, la energía liberada por los binarios arrojó la materia lejos de su vecindad.
Esto dejó el centro de B2 0402+379 desprovisto de estrellas y gas lo suficientemente cerca del binario para extraer energía. Como resultado, el avance de estos dos agujeros negros supermasivos entre sí se ha detenido 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 agujeros negros binarios supermasivos después de fusiones galácticas, pero también respaldan la idea de que la masa de estos binarios es clave para evitar que los agujeros negros sigan su ejemplo.
Actualmente, el equipo no sabe si estos dos agujeros negros supermasivos en este binario más pesado jamás detectado superarán esta pausa para eventualmente fusionarse o si permanecerán permanentemente atrapados en el limbo de la fusión.
«Esperamos continuar las investigaciones en el núcleo de B2 0402+379, donde examinaremos cuánto gas hay presente», dijo Tirth Surti, autor principal de la investigación y estudiante universitario en Stanford. «Esto debería darnos una mejor comprensión de si los agujeros negros supermasivos pueden eventualmente fusionarse o si permanecerán atrapados en forma binaria».
Una forma de poner fin a este impasse supermasivo sería fusionar otra galaxia 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 esta investigación garantiza es la utilidad para los astrónomos de los datos de archivo de telescopios como Gemini Norte, que se asocia con el telescopio Gemini Sur ubicado en una montaña de los Andes chilenos para formar el Observatorio Internacional Gemini.
«El archivo de datos del Observatorio Internacional Gemini contiene una mina de oro de descubrimientos científicos sin explotar», dijo Martin Still, director del programa de la Nation Science Foundation para el Observatorio Internacional Gemini. «Las mediciones de masa de este agujero negro binario supermasivo extremo son un ejemplo impresionante del impacto potencial de una nueva investigación que explore este rico archivo».
La investigación del equipo se publica en la Revista de Astrofísica.
