Los astrónomos han visto tres agujeros negros supermasivos (SMBH) en el centro de tres galaxias en colisión a mil millones de años luz de la Tierra. Esto es evidencia de que los tres también son núcleos galácticos activos (AGN, por sus siglas en inglés) que engullen material y brillan intensamente.
Este descubrimiento puede arrojar algo de luz sobre el "problema parsec final", un problema de larga data en la astrofísica y las fusiones de agujeros negros.
Los astrónomos encontraron los tres SMBH en los datos de múltiples telescopios, incluido el Sloan Digital Sky Survey (SDSS, por sus siglas en inglés), el Observatorio de rayos X Chandra y el Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Los tres agujeros negros están envueltos en un evento inimaginablemente épico; Una fusión de tres galaxias. Estas fusiones triples pueden desempeñar un papel fundamental en la forma en que los agujeros negros más masivos crecen con el tiempo.
"Esta es la evidencia más sólida que se ha encontrado hasta ahora de un sistema tan triple de alimentación activa de agujeros negros supermasivos".
Ryan Pfeifle, Universidad George Mason, autor principal.
Los astrónomos que lo encontraron no esperaban encontrar tres agujeros negros en el centro de una fusión de triple galaxia.
"Solo buscábamos pares de agujeros negros en ese momento y, sin embargo, a través de nuestra técnica de selección, nos topamos con este increíble sistema", dijo Ryan Pfeifle de la Universidad George Mason en Fairfax, Virginia, el primer autor de un nuevo artículo en The Astrophysical Journal que describe estos resultados. "Esta es la evidencia más sólida que se ha encontrado hasta ahora de un sistema tan triple de alimentación activa de agujeros negros supermasivos".
Los sistemas de triple agujero negro son difíciles de detectar porque están sucediendo muchas cosas en su vecindario. Están envueltos en gas y polvo, lo que hace que sea difícil verlos. En este estudio, se necesitaron varios telescopios que operan en diferentes partes del espectro electromagnético para descubrir los tres agujeros. También tomó el trabajo de algunos científicos ciudadanos.
No solo son difíciles de detectar, sino raros. "Los agujeros negros dobles y triples son extremadamente raros", dijo el coautor Shobita Satyapal, también de George Mason, "pero tales sistemas son en realidad una consecuencia natural de las fusiones de galaxias, que creemos que es cómo crecen y evolucionan las galaxias".
El SDSS fue el primero en detectar esta triple fusión en luz visible, pero fue solo a través del Galaxy Zoo, un proyecto de ciencia ciudadana, que se identificó como un sistema de galaxias en colisión. Entonces WISE vio que el sistema estaba brillando en el infrarrojo, lo que indica que estaba en una fase de fusión de galaxias cuando se esperaba que se alimentara más de uno de los agujeros negros.
Sin embargo, los datos de Sloan y WISE solo eran pistas tentadoras, y los astrónomos recurrieron al Observatorio Chandra y al Gran Telescopio Binocular (LBT) para obtener más confirmación. Las observaciones de Chandra mostraron que había fuentes de rayos X brillantes en el centro de cada galaxia. Ahí es exactamente donde los científicos esperan encontrar SMBH.
Llegaron más pruebas de que los SMBH estaban allí desde Chandra y el satélite Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) de la NASA. Encontraron evidencia de grandes cantidades de gas y polvo cerca de uno de los agujeros negros. Eso se espera cuando se fusionan los agujeros negros. Otros datos de luz óptica del SDSS y el LBT proporcionaron evidencia espectral que es característica de la alimentación de los tres SMBH.
"Los espectros ópticos contienen una gran cantidad de información sobre una galaxia", dijo la coautora Christina Manzano-King de la Universidad de California, Riverside. "Se usan comúnmente para identificar agujeros negros supermasivos que se acumulan activamente y pueden reflejar el impacto que tienen en las galaxias que habitan".
Con este trabajo, el equipo de astrónomos ha desarrollado una forma de encontrar más de estos sistemas de triple agujero negro. “Mediante el uso de estos importantes observatorios, hemos identificado una nueva forma de identificar agujeros negros supermasivos triples. Cada telescopio nos da una pista diferente sobre lo que está sucediendo en estos sistemas ", dijo Pfeifle. "Esperamos extender nuestro trabajo para encontrar más triples utilizando la misma técnica".
También pueden haber arrojado algo de luz sobre el problema final de parsec.
El problema final de Parsec
El problema final de parsec es fundamental para nuestra comprensión de las fusiones binarias de agujeros negros. Es un problema teórico que dice que cuando dos agujeros negros se acercan entre sí, su energía orbital excesiva les impide fusionarse. Pueden llegar en unos pocos años luz, luego el proceso de fusión se detiene.
Cuando dos agujeros negros se acercan inicialmente entre sí, sus trayectorias hiperbólicas los llevan uno al lado del otro. Con el tiempo, a medida que los dos agujeros interactúan con las estrellas en su vecindad, disparan a las estrellas gravitacionalmente, transfiriendo parte de su energía orbital a una estrella cada vez que lo hacen. La emisión de ondas gravitacionales también disminuye la energía de los agujeros negros.
Finalmente, los dos agujeros negros arrojan suficiente energía orbital para reducir la velocidad y acercarse entre sí más de cerca, y se encuentran dentro de unos pocos parsecs entre sí. El problema es que, a medida que se acercan a la distancia, cada vez se expulsa más materia de sus proximidades a través de la honda. Eso significa que no hay más materia para que los agujeros negros interactúen y arrojen más energía orbital. En ese punto, el proceso de fusión se detiene. O debería.
Sin embargo, los astrofísicos saben que los agujeros negros se fusionan porque han sido testigos de las poderosas ondas gravitacionales. De hecho, LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales de interferometría láser) está descubriendo una fusión de agujeros negros aproximadamente una vez por semana. La forma en que se fusionan entre sí al final se llama el problema final de parsec.
El equipo detrás de este estudio cree que podrían tener una respuesta. Piensan que un tercer agujero negro, como lo han observado en este sistema, podría proporcionar el impulso necesario para fusionar dos agujeros. A medida que un par de agujeros negros en un sistema trinario se acercan entre sí, el tercer agujero podría influir en ellos para cerrar el parsec final y fusionarse.
Según las simulaciones por computadora, alrededor del 16% de los pares de agujeros negros supermasivos en galaxias en colisión habrán interactuado con un tercer agujero negro supermasivo antes de fusionarse. Esas fusiones producirían ondas gravitacionales, pero el problema es que esas ondas serían de muy baja frecuencia para que LIGO o el observatorio VIRGO las detecten.
Para detectarlos, los científicos pueden tener que depender de futuros observatorios como LISA, la antena espacial de interferómetro láser de la ESA / NASA. LISA observará ondas gravitacionales de menor frecuencia que LIGO o VIRGO y está mejor equipado para encontrar la fusión de agujeros negros supermasivos.
El documento que presenta estos resultados se titula "Una AGN triple en una fusión de galaxias de etapa tardía seleccionada en el infrarrojo medio".
Más:
- Comunicado de prensa: Encontrado: Tres agujeros negros en curso de colisión
- Documento de investigación: un triple AGN en una fusión de galaxias de etapa tardía seleccionada de infrarrojo medio
- Wikipedia: problema final de Parsec
- LISA: Antena espacial de interferómetro láser
