Actualizado 23/03/2017 19:00 CET

Evidencia de que agujeros negros supermasivos pueden fusionarse

Un quásar se aleja del centro de su galaxia
NASA, ESA, AND M. CHIABERGE (STSCI AND JHU)

   MADRID, 23 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Astrónomos han descubierto un agujero negro supermasivo que ha sido impulsado fuera del centro de una galaxia distante, por lo que podría ser el enorme poder de las ondas gravitacionales.

   Aunque ha habido varios otros agujeros negros sospechosos, similarmente arrancados en otras partes, ningunos se ha confirmado hasta ahora. Los astrónomos creen que este objeto, detectado por el Telescopio Espacial Hubble, es un caso muy fuerte. Con más de mil millones de soles, el agujero negro es el hoyo masivo que se ha descubierto en su hogar central.

   Los investigadores estiman que fue precisa la energía equivalente de 100 millones de supernovas explotando simultáneamente para deshacerse del agujero negro. La explicación más plausible de esta energía propulsora es las ondas gravitatorias desencadenadas por la fusión de dos agujeros negros en el centro de la galaxia anfitriona.

   Predichas primero por Albert Einstein, las ondas gravitacionales son ondulaciones en el espacio que se crean cuando dos objetos masivos chocan. Las ondulaciones son similares a los círculos concéntricos producidos cuando una roca fuerte se lanza en un estanque. El año pasado, el Observatorio de Ondas Gravitatorias del Láser Interferómetro (LIGO) ayudó a los astrónomos a demostrar que las ondas gravitacionales existen detectándolas emanando de la unión de dos agujeros negros de masa estelar, que son varias veces mas masivas que el sol.

   Las observaciones de Hubble sobre el extraño agujero negro sorprendieron al equipo de investigación. "Cuando vi por primera vez esto, pensé que estábamos viendo algo muy peculiar", dijo el líder del equipo Marco Chiaberge del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) y la Universidad Johns Hopkins, en Baltimore, Maryland. "Cuando combinamos observaciones de Hubble, el Observatorio de Rayos X de Chandra y la Encuesta de Cielo Digital de Sloan, todo apuntaba hacia el mismo escenario: la cantidad de datos que recopilamos, de los rayos X a la luz ultravioleta a la infrarroja cercana, es definitivamente más grande que para cualquiera de los otros posibles agujeros negros", explicó en un comunicado.

   El artículo de Chiaberge aparecerá en la edición del 30 de marzo de Astronomy & Astrophysics.

   Imágenes de Hubble tomadas en luz visible y cerca del infrarrojo le proporcionaron la primera pista de que la galaxia era inusual. Las imágenes revelaron un cuasar brillante, la firma energética de un agujero negro, residiendo lejos del núcleo galáctico. Los agujeros negros no se pueden observar directamente, pero son la fuente de energía en el corazón de los quasares - intensos y compactas fuentes de radiación que pueden eclipsar una galaxia entera. El quasar, llamado 3C 186, y su galaxia de acogida residen a 8 mil millones de años luz de distancia en un cúmulo de galaxias. El equipo descubrió las peculiares características de la galaxia, mientras realizaba una investigación del Hubble sobre galaxias lejanas que desencadenaban explosiones poderosas de radiación en medio de fusiones de galaxias.

   "Yo estaba anticipando ver un montón de galaxias que se estaban fusionando, y esperaba ver galaxias de acogida en torno a los cuásares, pero realmente no esperaba ver un cuásar que estaba claramente desplazado del núcleo de una galaxia de forma regular", dijo Chiaberge. "Los agujeros negros residen en el centro de las galaxias, así que es raro ver un quasar no en el centro."

   El equipo calculó la distancia del agujero negro del núcleo comparando la distribución de la luz de las estrellas en la galaxia de acogida con la de una galaxia elíptica normal de un modelo de computadora. El agujero negro había viajado más de 35.000 años luz desde el centro, que es más que la distancia entre el Sol y el centro de la Vía Láctea.

   Basados en observaciones espectroscópicas tomadas por Hubble y el estudio de Sloan, los investigadores calcularon la masa del agujero negro y midieron la velocidad del gas atrapado cerca del objeto gigante. La espectroscopia divide la luz en sus colores componentes, que pueden usarse para medir velocidades en el espacio. "Para nuestra sorpresa, descubrimos que el gas alrededor del agujero negro estaba volando lejos del centro de la galaxia a 7 millones de kilómetros por hora", dijo el miembro del equipo Justin Ely, de STScI. Esta medida es también un indicador de la velocidad del agujero negro, porque el gas está gravitacionalmente bloqueado al objeto monstruo.

   Los astrónomos calcularon que el agujero negro se está moviendo tan rápido que viajaría de la Tierra a la Luna en tres minutos. Eso es lo suficientemente rápido para que el agujero negro escape de la galaxia en 20 millones de años y vagar por el universo para siempre.

   La imagen del Hubble reveló una pista interesante que ayudó a explicar la localización del agujero negro. La galaxia de acogida tiene rasgos en forma de arco tenue llamados colas de marea, producidas por un tirón gravitacional entre dos galaxias colisionando. Esta evidencia sugiere una posible unión entre el sistema 3C 186 y otra galaxia, cada una con agujeros negros centrales y masivos que posiblemente se han fusionado.

   Sobre la base de esta evidencia visible, junto con el trabajo teórico, los investigadores desarrollaron un escenario para describir cómo el gigantesco agujero negro podría ser expulsado de su hogar central. Según su teoría, dos galaxias se funden, y sus agujeros negros se asientan en el centro de la recién formada galaxia elíptica. A medida que los agujeros negros giran alrededor de uno al otro, las ondas de gravedad se lanzan hacia fuera como el agua de un rociador de césped.

   Los objetos pesados se mueven más cerca uno del otro con el tiempo a medida que irradian energía gravitatoria. Si los dos agujeros negros no tienen la misma masa y velocidad de rotación, emiten ondas gravitacionales más fuertemente a lo largo de una dirección. Cuando los dos agujeros negros chocan, dejan de producir ondas gravitatorias. El agujero negro recién fusionado luego retrocede en la dirección opuesta de las ondas gravitacionales más fuertes y se dispara como un cohete.

   Los investigadores tienen la suerte de haber capturado este evento único porque no todas las fusiones de agujeros negros producen ondas gravitacionales desequilibradas que propulsan un agujero negro en la dirección opuesta. "Esta asimetría depende de propiedades tales como la masa y la orientación relativa de los ejes de rotación de los agujeros traseros antes de la fusión", dijo el miembro del equipo Colin Norman de STScI y Johns Hopkins University. "Es por eso que estos objetos son tan raros."

   Una explicación alternativa para la expulsión del cuasar, aunque improbable, propone que el objeto brillante no reside dentro de la galaxia. En cambio, el cuasar se encuentra detrás de la galaxia, pero la imagen del Hubble da la ilusión de que está a la misma distancia que la galaxia. Si este fuera el caso, los investigadores deberían haber detectado una galaxia en el fondo que aloja el quasar.

   Si la interpretación de los investigadores es correcta, las observaciones pueden proporcionar una fuerte evidencia de que los agujeros negros supermasivos pueden realmente fusionarse. Los astrónomos tienen pruebas de colisiones de agujeros negros para agujeros negros de masa estelar, pero el proceso que regula los agujeros negros supermasivos es más complejo y no se entiende completamente.

   El equipo espera utilizar nuevamente el Hubble, en combinación con el telescopio ALMA y otras instalaciones, para medir con mayor exactitud la velocidad del agujero negro y su disco de gas, lo que puede dar más información sobre la naturaleza de este objeto extraño.