La ‘patada’ gravitacional puede explicar la extraña forma en el centro de Andrómeda


Cuando dos galaxias chocan, los agujeros negros supermasivos en sus núcleos liberan una «patada» gravitacional devastadora, similar al retroceso de una escopeta. Una nueva investigación dirigida por CU Boulder sugiere que esta patada puede ser tan poderosa que puede empujar a millones de estrellas a órbitas inestables.

Gráfico que muestra la órbita de las estrellas alrededor de un agujero negro supermasivo antes, a la izquierda y después, a la derecha, de una «patada» gravitacional. Crédito: Steven Burrows / JILA

La investigación, publicada el 29 de octubre en The Astrophysical Journal Letters, ayuda a resolver un misterio de décadas que rodea a un cúmulo de estrellas de forma extraña en el corazón de la galaxia de Andrómeda. También podría ayudar a los investigadores a comprender mejor el proceso de crecimiento de las galaxias al alimentarse unas de otras.

«Cuando los científicos observaron a Andrómeda por primera vez, esperaban ver un agujero negro supermasivo rodeado por un cúmulo de estrellas relativamente simétrico», dijo Ann-Marie Madigan, miembro de JILA, un instituto de investigación conjunto entre CU Boulder y el Instituto Nacional de Estándares y tecnología (NIST). «En cambio, encontraron esta enorme masa alargada».

Ahora, ella y sus colegas creen que tienen una explicación.

En la década de 1970, los científicos lanzaron globos a lo alto de la atmósfera de la Tierra para observar de cerca en luz ultravioleta a Andrómeda, la galaxia más cercana a la Vía Láctea. El telescopio espacial Hubble siguió esas observaciones iniciales en la década de 1990 y arrojó un hallazgo sorprendente: al igual que nuestra propia galaxia, Andrómeda tiene la forma de una espiral gigante. Pero el área rica en estrellas cerca del centro de esa espiral no se ve como debería: las órbitas de estas estrellas adquieren una forma extraña y ovalada, como si alguien extendiera un fajo de Silly Putty.

Y nadie sabía por qué, dijo Madigan, también profesor asistente de astrofísica. Los científicos llaman al patrón un «disco nuclear excéntrico».

En el nuevo estudio, el equipo usó simulaciones por computadora para rastrear lo que sucede cuando dos agujeros negros supermasivos chocan juntos – Andrómeda probablemente se formó durante una fusión similar hace miles de millones de años. Según los cálculos del equipo, la fuerza generada por tal fusión podría doblar y tirar de las órbitas de las estrellas cerca de un centro galáctico, creando ese patrón alargado revelador.

«Cuando las galaxias se fusionen, sus agujeros negros supermasivos se unirán y eventualmente se convertirán en un solo agujero negro», dijo Tatsuya Akiba, autor principal del estudio y estudiante de posgrado en astrofísica. «Queríamos saber: ¿Cuáles son las consecuencias de eso?»

Doblar el espacio y el tiempo

Agregó que los hallazgos del equipo ayudan a revelar algunas de las fuerzas que pueden estar impulsando la diversidad de los dos billones de galaxias estimados en el universo hoy, algunas de las cuales se parecen mucho a la Vía Láctea en forma de espiral, mientras que otras se parecen más a balones de fútbol o manchas irregulares.

Las fusiones pueden jugar un papel importante en la configuración de estas masas de estrellas: cuando las galaxias chocan, dijo Akiba, los agujeros negros en los centros pueden comenzar a girar entre sí, moviéndose cada vez más rápido hasta que finalmente chocan entre sí. En el proceso, liberan enormes pulsos de «ondas gravitacionales» u ondulaciones literales en el tejido del espacio y el tiempo.

«Esas ondas gravitacionales alejarán el impulso del agujero negro restante y obtendrás un retroceso, como el retroceso de un arma», dijo Akiba.

Él y Madigan querían saber qué podría hacer tal retroceso a las estrellas dentro de 1 parsec, o aproximadamente 19 billones de millas, del centro de una galaxia. Andrómeda, que se puede ver a simple vista desde la Tierra, se extiende decenas de miles de parsecs de un extremo a otro.

Se vuelve bastante salvaje.

Retroceso galáctico

El dúo utilizó computadoras para construir modelos de centros galácticos falsos que contienen cientos de estrellas, luego patearon el agujero negro central para simular el retroceso de las ondas gravitacionales.

Madigan explicó que las ondas gravitacionales producidas por este tipo de colisión desastrosa no afectarán directamente a las estrellas de una galaxia. Pero el retroceso arrojará el agujero negro supermasivo restante de regreso a través del espacio, a velocidades que pueden alcanzar millones de millas por hora, nada mal para un cuerpo con una masa millones o miles de millones de veces mayor que la del sol de la Tierra.

«Si eres un agujero negro supermasivo y comienzas a moverte a miles de kilómetros por segundo, puedes escapar de la galaxia en la que estás viviendo», dijo Madigan.

Sin embargo, cuando los agujeros negros no escapan, el equipo descubrió que pueden tirar de las órbitas de las estrellas a su alrededor, haciendo que esas órbitas se estiren. El resultado termina pareciéndose mucho a la forma que los científicos ven en el centro de Andrómeda.

Madigan y Akiba dijeron que quieren hacer crecer sus simulaciones para poder comparar directamente los resultados de su computadora con el núcleo de la galaxia de la vida real, que contiene muchas veces más estrellas. Señalaron que sus hallazgos también podrían ayudar a los científicos a comprender los sucesos inusuales alrededor de otros objetos en el universo, como los planetas que orbitan alrededor de cuerpos misteriosos llamados estrellas de neutrones.

«Esta idea, si estás en órbita alrededor de un objeto central y ese objeto sale volando repentinamente, puede reducirse para examinar muchos sistemas diferentes», dijo Madigan.

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