Científicos de ALMA encuentran un par de agujeros negros cenando juntos en fusión de galaxias cercanas

Mientras estudiaban un par cercano de galaxias en fusión utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un observatorio internacional cooperado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., los científicos descubrieron dos agujeros negros supermasivos que crecían simultáneamente cerca del centro de la galaxia recién fusionada. Estos gigantes súper hambrientos son los más cercanos entre sí que los científicos hayan observado en múltiples longitudes de onda. Además, la nueva investigación revela que los agujeros negros binarios y las fusiones de galaxias que los crean pueden ser sorprendentemente comunes en el Universo.

Los resultados de la nueva investigación se publicaron hoy en The Astrophysical Journal Letters y se presentaron en una conferencia de prensa en la reunión 241 de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) en Seattle, Washington.

A solo 500 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Cáncer, UGC4211 es un candidato ideal para estudiar las etapas finales de las fusiones de galaxias, que ocurren con mayor frecuencia en el Universo distante y, como resultado, pueden ser difíciles de observar. Cuando los científicos utilizaron los receptores de alta sensibilidad de 1,3 mm de ALMA para observar profundamente los núcleos galácticos activos de la fusión (áreas compactas y muy luminosas en las galaxias provocadas por la acumulación de materia alrededor de los agujeros negros centrales), no encontraron uno, sino dos agujeros negros que devoraban glotonamente los subproductos de la fusión. Sorprendentemente, estaban cenando uno al lado del otro con solo 750 años luz entre ellos.

“Las simulaciones sugirieron que la mayoría de la población de agujeros negros binarios en galaxias cercanas estaría inactiva porque son más comunes, no dos agujeros negros en crecimiento como los que encontramos”, dijo Michael Koss, científico investigador principal de Eureka Scientific y autor principal de la nueva investigación.

Koss agregó que el uso de ALMA cambió las reglas del juego y que encontrar dos agujeros negros tan cerca el uno del otro en el Universo cercano podría allanar el camino para estudios adicionales sobre este emocionante fenómeno. “ALMA es único porque puede ver a través de grandes columnas de gas y polvo y lograr una resolución espacial muy alta para ver cosas muy juntas. Nuestro estudio ha identificado uno de los pares de agujeros negros más cercanos en una fusión de galaxias, y como sabemos que las fusiones de galaxias son mucho más comunes en el Universo distante, estos binarios de agujeros negros también pueden ser mucho más comunes de lo que se pensaba anteriormente”.

Si los pares de agujeros negros binarios de pares cercanos son realmente comunes, como postulan Koss y el equipo, podría haber implicaciones significativas para futuras detecciones de ondas gravitacionales.

Ezequiel Treister, astrónomo de la Universidad Católica de Chile y coautor de la investigación, dijo: “Puede haber muchos pares de agujeros negros supermasivos en crecimiento en los centros de las galaxias que no hemos podido identificar hasta ahora. Si este es el caso, en un futuro cercano estaremos observando frecuentes eventos de ondas gravitacionales causados por las fusiones de estos objetos en todo el Universo”.

La combinación de datos de ALMA con observaciones de longitud de onda múltiple de otros telescopios poderosos como Chandra, Hubble, el Very Large Telescope de ESO y Keck agregó detalles finos a una historia que ya era convincente. “Cada longitud de onda cuenta una parte diferente de la historia. Mientras que las imágenes ópticas terrestres nos mostraron toda la galaxia en fusión, el Hubble nos mostró las regiones nucleares en alta resolución. Las observaciones de rayos X revelaron que había al menos un núcleo galáctico activo en el sistema”, dijo Treister. “Y ALMA nos mostró la ubicación exacta de estos dos agujeros negros supermasivos hambrientos y en crecimiento. Todos estos datos juntos nos han dado una imagen más clara de cómo las galaxias como la nuestra resultaron ser como son y en qué se convertirán en el futuro”.

Hasta ahora, los científicos han estudiado principalmente solo las primeras etapas de las fusiones de galaxias. La nueva investigación podría tener un profundo impacto en nuestra comprensión de la inminente fusión de la Vía Láctea con la cercana Galaxia de Andrómeda. Koss dijo: “La colisión de la Vía Láctea y Andrómeda se encuentra en sus primeras etapas y se prevé que ocurra en unos 4.500 millones de años. Lo que acabamos de estudiar es una fuente en la etapa final de la colisión, por lo que lo que estamos viendo presagia esa fusión y también nos da una idea de la conexión entre la fusión y el crecimiento de los agujeros negros y, finalmente, la producción de ondas gravitacionales”.

“Este fascinante descubrimiento muestra el poder de ALMA y cómo la astronomía de múltiples longitudes de onda puede generar resultados importantes que amplían nuestra comprensión del universo, incluidos los agujeros negros, los núcleos galácticos activos, la evolución de galaxias y más”, dice Joe Pesce, director del programa NSF para el Observatorio Nacional de Radioastronomía. “Con la llegada de los detectores de ondas gravitacionales, tenemos la oportunidad de expandir aún más nuestros poderes de observación al combinar todas estas capacidades. No creo que realmente haya un límite para lo que podemos aprender”.

Con información de NRAO