Dos agujeros negros supermasivos en curso de colisión entre sí

Las colisiones de galaxias son eventos fundamentales en el Universo. Ocurren cuando dos sistemas mezclan estrellas en una danza cósmica.

También provocan fusiones espectaculares de agujeros negros supermasivos. El resultado es una galaxia muy alterada y un agujero negro singular y ultramasivo.

Estos colosales eventos son una fuerza importante en la evolución de las galaxias. Así es como las galaxias más pequeñas se fusionan para formar otras cada vez más grandes.

Este tipo de uniones se han producido desde las primeras épocas del tiempo cósmico. Las fusiones de galaxias continúan hoy.

Nuestra Vía Láctea sigue reuniendo galaxias más pequeñas y colisionará con la galaxia de Andrómeda dentro de unos miles de millones de años. Cuando eso suceda, los agujeros negros supermasivos de las dos galaxias también podrían fusionarse.

No vemos todo el proceso de principio a fin porque lleva millones de años completarlo. Sin embargo, eso no impide que los astrónomos busquen (y encuentren) evidencia de colisiones entre galaxias y agujeros negros supermasivos.

El último descubrimiento utilizó el Telescopio Espacial Hubble (HST) para identificar tres «puntos calientes» de luz visible brillante en lo profundo de un par de galaxias en colisión.

Estos objetivos están relativamente cerca de nosotros, a sólo unos 800 millones de años luz de distancia. Los astrónomos siguieron con observaciones de Chandra y datos de radio del Karl G. Jansky Very Large Array.

Normalmente, las galaxias con núcleos brillantes, llamados «núcleos galácticos activos» (AGN para abreviar), existen muy lejos.

A menudo aparecen antes en el tiempo cósmico. La oportunidad de estudiar una galaxia y un par de agujeros negros supermasivos en una colisión en el cercano Universo «moderno» es un buen momento para estudiar la mecánica de tal evento.

Detección de colisiones incipientes de agujeros negros supermasivos

El descubrimiento de una futura colisión cósmica se realizó cuando la Cámara Avanzada para Sondeos del HST detectó tres picos de difracción óptica en el núcleo de una galaxia en colisión llamada MCG-03-34-64. Dos de esos «puntos calientes» aparecen muy juntos, a sólo 300 años luz de distancia. Siguen la presencia de gas oxígeno en el núcleo.

Está siendo ionizado por algo muy energético y los puntos calientes sorprendieron a los astrónomos. (El tercer punto caliente no se comprende bien). «No esperábamos ver algo como esto», dijo Anna Trindade Falcão del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian en Cambridge, Massachusetts. «Esta visión no es algo común en el Universo cercano y nos dice que algo más está sucediendo dentro de la galaxia».

Falcão y sus colegas querían saber qué estaba sucediendo para causar esos puntos brillantes. Entonces, utilizaron el observatorio de rayos X Chandra para concentrarse en la acción. «Cuando observamos MCG-03-34-64 en la banda de rayos X, vimos dos fuentes separadas y potentes de emisión de alta energía que coinciden con los brillantes puntos ópticos de luz vistos por el Hubble. Juntamos estas piezas y concluimos que probablemente estábamos ante dos agujeros negros supermasivos muy próximos”, dijo Falcão.

El equipo también encontró observaciones de estos objetos en datos de archivo de radiotelescopios. Esas fuertes emisiones de radio demostraron que el par de agujeros negros existe y se están acercando.

«Cuando se ve luz brillante en longitudes de onda óptica, de rayos X y de radio, se pueden descartar muchas cosas, y se llega a la conclusión de que sólo pueden explicarse como agujeros negros cercanos», observó Falcão. Juntar todas las piezas te da la imagen del dúo AGN”.

El choque que viene

Estos agujeros negros supermasivos centrales colisionarán quizás dentro de cien millones de años. Cada uno está en el centro de una galaxia. A medida que esas galaxias se acerquen, los agujeros negros en sus corazones comenzarán a interactuar. Con el tiempo, se fusionarán en un evento poderoso, emitiendo ondas gravitacionales como parte del proceso.

Los astrónomos sugieren (mediante simulaciones y observaciones) que las fusiones de galaxias con agujeros negros supermasivos provocan mucha actividad. A medida que se producen las colisiones, el gas interestelar fluye hacia los centros galácticos.

También se comprime en otras regiones y ambas actividades desencadenan estallidos de formación estelar. Algo de gas también se acumula en esos agujeros negros supermasivos centrales, provocando mayores emisiones a medida que el material gira en espiral a través del disco de acreción.

Estas fusiones ocurren continuamente en el Universo. Los modelos de evolución de las galaxias, junto con la evidencia observacional, sugieren que muchos AGN en los núcleos de las galaxias experimentan fusiones. Los pares de agujeros negros supermasivos en esos AGN también sugieren que esos agujeros negros crecen a través de fusiones.

Colisiones de agujeros negros supermasivos y futuros descubrimientos

Comprender la fusión de AGN muy juntos como los que se ven en MCG MCG-03-34-64 ofrece una ventana única a las etapas finales de lo que los astrónomos llaman «coalescencia binaria SMBH».

Estos acontecimientos son y seguirán siendo una forma clave de medir los efectos de estas fusiones. Ofrecerán un rico campo de estudio utilizando observatorios sensibles a la luz en todo el espectro, así como futuros detectores de ondas gravitacionales.

Esos descubrimientos requerirán versiones avanzadas del Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO), que realizó su primera detección hace apenas unos años. Las ondas gravitacionales inducidas por la fusión de un agujero negro supermasivo serán el objetivo de futuros instrumentos como LISA (abreviatura de Laser Interferometer Space Antenna).

Desplegará tres detectores espaciales a millones de kilómetros de distancia para capturar las ondas gravitacionales de longitud de onda larga emitidas cuando colisionan gigantes de agujeros negros como los de MCG-03-34-64. Dado que esas fusiones ocurren en todo el Universo, será un rico campo de estudio que contribuirá en gran medida a nuestra comprensión de las fusiones de galaxias como parte de la evolución cósmica.

Escrito por Carolyn Collins Petersen/Universe Today.