Encontrado: 3 agujeros negros debido a colisión

Los astrónomos que trabajan con datos del Observatorio de rayos X Chandra con base en el espacio dijeron esta semana (25 de septiembre de 2019) que han localizado tres agujeros negros supermasivos en un curso de colisión. El sistema donde está ocurriendo esta fusión triple de agujeros negros se llama SDSS J0849 + 1114. Se encuentra a unos mil millones de años luz de la Tierra. Los telescopios en el suelo y en el espacio, incluidos Chandra, Hubble, WISE y NuSTAR, capturaron la escena, que los científicos llaman:

... la mejor evidencia hasta ahora para un trío de agujeros negros gigantes.

Así que no hemos visto muchos sistemas como este hasta ahora. Y, sin embargo, los astrónomos creen que las colisiones de tripletas como esta juegan un papel crítico en la forma en que los agujeros negros más grandes crecen con el tiempo. Ryan Pfeifle de la Universidad George Mason en Fairfax, Virginia, es el primer autor de un nuevo artículo en Astrophysical Journal, revisado por pares, que describe estos resultados (preimpresión aquí). Él dijo:

Solo buscábamos pares de agujeros negros en ese momento y, sin embargo, a través de nuestra técnica de selección, nos topamos con este increíble sistema. Esta es la evidencia más sólida que se ha encontrado hasta ahora para un sistema tan triple de alimentación activa de agujeros negros supermasivos.

La declaración de estos científicos describió su proceso:

Para descubrir esta rara trifecta del agujero negro, los investigadores necesitaban combinar datos de telescopios tanto en tierra como en el espacio. Primero, el telescopio Sloan Digital Sky Survey, que escanea grandes franjas del cielo con luz óptica de Nuevo México, tomó una imagen SDSS J0849 + 1114. Con la ayuda de ciudadanos científicos que participan en un proyecto llamado Galaxy Zoo, fue etiquetado como un sistema de galaxias en colisión.

Luego, los datos de la misión WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA revelaron que el sistema brillaba intensamente con luz infrarroja durante una fase en la fusión de galaxias cuando se espera que más de uno de los agujeros negros se alimente rápidamente. Para seguir estas pistas, los astrónomos recurrieron a Chandra y al Gran Telescopio Binocular en Arizona.

Los datos de Chandra revelaron fuentes de rayos X, un signo revelador de material consumido por los agujeros negros, en los centros brillantes de cada galaxia en la fusión, exactamente donde los científicos esperan que residan agujeros negros supermasivos. Chandra y la matriz de telescopios espectroscópicos nucleares de la NASA (NuSTAR) también encontraron evidencia de grandes cantidades de gas y polvo alrededor de uno de los agujeros negros, típico de un sistema de fusión de agujeros negros.

La coautora Christina Manzano-King de la Universidad de California, Riverside, dijo:

Los espectros ópticos contienen una gran cantidad de información sobre una galaxia. Se usan comúnmente para identificar agujeros negros supermasivos que se acumulan activamente y pueden reflejar el impacto que tienen en las galaxias que habitan.

Estos astrónomos dijeron que una razón por la que es difícil encontrar un triplete de agujeros negros supermasivos es que es probable que los agujeros estén envueltos en gas y polvo, bloqueando gran parte de su luz. Las imágenes infrarrojas de WISE, los espectros infrarrojos de LBT y las imágenes de rayos X de Chandra evitan este problema, dijeron, porque la luz infrarroja y de rayos X perforan nubes de gas mucho más fácilmente que la luz óptica. Pfeifle explicó:

Mediante el uso de estos observatorios principales, hemos identificado una nueva forma de identificar agujeros negros supermasivos triples. Cada telescopio nos da una pista diferente sobre lo que está sucediendo en estos sistemas. Esperamos extender nuestro trabajo para encontrar más triples usando la misma técnica.

Otro coautor del nuevo artículo, Shobita Satyapal, también de George Mason, explicó por qué este sistema es emocionante para los científicos:

Los agujeros negros dobles y triples son extremadamente raros, pero tales sistemas son en realidad una consecuencia natural de las fusiones de galaxias, que creemos que es cómo crecen y evolucionan las galaxias.

Como era de esperar, estos científicos dijeron que tres agujeros negros supermasivos que se fusionan se comportan de manera diferente que solo un par:

Cuando hay tres agujeros negros interactuando, un par debería fusionarse en un agujero negro más grande mucho más rápido que si los dos estuvieran solos. Esta puede ser una solución a un enigma teórico llamado 'problema de parsec final', en el que dos agujeros negros supermasivos pueden acercarse a unos pocos años luz el uno del otro, pero necesitarían un poco de fuerza extra para fusionarse debido al exceso de energía. llevan en sus órbitas. La influencia de un tercer agujero negro, como en SDSS J0849 + 1114, podría finalmente unirlos.

Las simulaciones por computadora han demostrado que el 16% de los pares de agujeros negros supermasivos en galaxias en colisión habrán interactuado con un tercer agujero negro supermasivo antes de fusionarse. Tales fusiones producirán ondas a través del espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales. Estas ondas tendrán frecuencias más bajas que las que puede detectar el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser de la National Science Foundation (LIGO) y el detector europeo de ondas gravitacionales Virgo. Sin embargo, pueden ser detectables con observaciones de radio de púlsares, así como con futuros observatorios espaciales, como la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA) de la Agencia Espacial Europea, que detectará agujeros negros de hasta un millón de masas solares.

En pocas palabras: los astrónomos han descubierto un sistema de 3 galaxias, llamadas SDSS J0849 + 1114, todas orbitando entre sí a mil millones de años luz de la Tierra. Cada galaxia contiene un agujero negro supermasivo, que está dando vueltas entre sí, a punto de chocar.

Via Chandra