Agujeros negros ‘se meten’ en una foto a la galaxia Andrómeda

Rayos X: NASA/CXC/Universidad de Washington/T.Dorn-Wallenstein et al.
Óptica: NASA/ESA/J. Dalcanton, et al. & R. Gendler


Parece que ni los agujeros pueden resistir a la tentación de infiltrarse de forma inesperada a las fotos de otros. Esta situación, divertida entre nosotros, ocurrió a niveles cósmicos cuando se descubrió que un agujero negro binario supermasivo (o dos agujeros, acaso los que se encuentran a menor distancia entre sí de los que se conocen) estaba al fondo de una foto tomada a nuestra galaxia vecina Andrómeda. El estudio de este hallazgo fue publicado en la revista The Astrophysical Journal.

Los astrónomos hicieron este notable descubrimiento usando información de rayos X del Observatorio Chandra de Rayos X  e información óptica de telescopios terrestres ­­—el Gemini-North en Hawaii y el Caltech's Palomar Transient Factory localizado en California, ambos en EEUU.

La fuente inusual, llamada LGGS J004527.30+413254.3 (J0045+41 abreviado) fue vista en imágenes ópticas y de rayos X de Andrómeda, conocida también como M31. Hasta hace poco, los científicos pensaban que J0045+41 era un objeto dentro de M31, una galaxia espiral localizada relativamente cerca a una distancia de cerca de 2.5 millones de años luz de la Tierra. La nueva información, sin embargo, reveló que J0045+41 estaba en realidad a una distancia mayor, sobre los 2.6 mil millones de años luz de la Tierra.

Los científicos, de la Universidad de Washington en Seattle (EEUU), dijeron estar sorprendidos de hallar algo tan extraño en la galaxia M31. Además de ubicarse a una distancia increíblemente larga, el J0045+41 contiene un par de agujeros negros gigantes que se orbitan de forma muy cercana el uno al otro. La masa total estimada para estos dos agujeros negros supermasivos es sobre doscientos millones de veces la masa del sol.

Previamente, un equipo distinto de astrónomos había visto variaciones periódicas en la luz óptica proveniente de J0045+41. Ellos también entendieron que tenía que tratarse de un miembro de M31, aunque lo clasificaron como dos estrellas orbitándose a si mismas una vez cada 80 días.

Dos agujeros negros supermasivos orbitando entre si

La intensidad de los rayos X observados por Chandra revelaron que la clasificación original era incorrecta. En cambio, J0045+41 debía ser tanto un sistema binario en M31 conteniendo una estrella de neutrón o agujero negro arrastrando material de una compañía o un sistema masivo mucho más distante que contendría al menos un agujero negro supermasivo de rápido crecimiento.

Sin embargo, el telescopio Gemini-North, manipulado por el equipo de la Universidad de Washington, demostró que el J0045+41 debía albergar por lo menos un agujero negro supermasivo y permitió a los investigadores estimar una distancia. El espectro captado por este observatorio también dio evidencia de que un segundo agujero negro estaba presente en J0045+41 y moviéndose a distinta velocidad que el primero.

…y a una distancia muy cercana

Luego, el equipo usó información óptica del Palomar Transient Factory para determinar variaciones periódicas en la luz de J0045+41. Hallaron varios periodos, incluyendo algunos de 80 y 320 días. El ratio entre estos periodos coincide con lo predicho en modelos teóricos de la dinámica de dos grandes agujeros negros orbitándose entre sí. Es además, la primera vez que se tiene evidencia tan fuerte de un par de agujeros negros orbitando entre sí.

Los investigadores estiman que los agujeros negros de esta historia se orbitan entre sí a una distancia de unos pocos cientos de veces la distancia entre la Tierra y el Sol, una centésima de un año luz. Para hacernos una idea de esta cercanía, la estrella más cercana al sol está a 4 años luz.

Tal sistema podría haberse formado de la unión, miles de millones de años más temprano, de dos galaxias cada una conteniendo un agujero negro supermasivo. En su actual separación, ambos agujeros negros son arrastrados hacia adentro en tanto que emiten ondas gravitacionales.

Los autores del trabajo estiman que para colisionar, a estos agujeros les faltaría como mínimo unos 350 años y como máximo unos 360.000 años.

Y emiten ondas gravitacionales

Si J0045+41 contiene dos agujeros negros orbitando cerca el uno al otro, emite ondas gravitacionales. No obstante, estas últimas no podrían ser detectadas por LIGO o Virgo. Estas instalaciones han detectado la unión de agujeros negros estelares de masa no mayor a la de 60 soles, y más recientemente entre dos estrellas de neutrones.

En el caso de los agujeros negros supermasivos, la unión de estos ocurre en cámara lenta en comparación de los agujeros negros de masa estelar. Estos cambios, mucho más lentos, podrían ser mejor detectados por una instalación para ondas gravitacionales distintas llamada Pulsar Timing Array.

Más temprano este mes, físicos de los observatorios LIGO y Virgo registraron por sexta vez ondas gravitacionales: esta vez la fuente fue el evento GW170608, una fusión de dos agujeros negros, que tenían las masas más pequeñas en la historia de la astronomía de ondas gravitacionales, según un comunicado de prensa en el sitio web de la colaboración LIGO.

 

Daniel Meza
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