Agujero negro supermasivo secundario en un par excepcional observado directamente por primera vez

En el corazón de la galaxia OJ 287 hay un agujero negro supermasivo, como casi cualquier otra galaxia, pero éste es inusual. A su alrededor orbita un agujero negro más pequeño, pero aún mucho más grande que el de nuestra propia galaxia. Los astrónomos han sospechado durante décadas que las llamaradas de esta galaxia eran producto de las interacciones de estos dos enormes objetos. Sólo ahora, con la ayuda de dos telescopios espaciales, han podido observar directamente el agujero negro más pequeño.

Los agujeros negros supermasivos (SMBH) en el centro de las galaxias están rodeados por discos de acreción hechos de material que lentamente desciende en espiral hacia ellos para ser tragado. Dependiendo de la cantidad de material que haya en el disco en cada momento, estos pueden ser excepcionalmente brillantes y pueden brillar cuando se altera el disco.

Sin embargo, normalmente no sabemos cuándo esperar tal explosión, pero los astrónomos de la Universidad de Turku han estado estudiando OJ 287 durante 40 años y anticiparon una para finales de 2021. Otros astrónomos tenían suficiente confianza en la predicción, que desvió el satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS) de su función principal de encontrar planetas alrededor de estrellas cercanas y lo hizo inspeccionar OJ 287 con frecuencia durante 80 días.

Esa decisión fue justificada cuando TESS, junto con el telescopio de rayos X Swift, observaron la llamarada justo a tiempo. Junto con las observaciones realizadas el año siguiente, pero publicadas más rápidamente, confirman el modelo de Turku, revelando dos enormes agujeros negros en una danza épica.

La llamarada anterior ocurrió cuando el SMBH más pequeño pasó a través del disco de acreción del más grande, interrumpiéndolo de manera que produjo un aumento en el brillo. Sin embargo, en este caso, la luz adicional provino del área alrededor del SMBH más pequeño.

OJ 287 se encuentra a 4 mil millones de años luz de distancia, por lo que es sorprendente lo brillante que es, visible con grandes telescopios de aficionados. También tiene una historia de comportamiento extraño, que atrae la atención de los astrónomos desde el siglo XIX.^th Century, quienes en ese momento no tenían idea de lo que estaban mirando. Ahora sabemos que OJ 287 es un blazar, un tipo de cuásar cuyos chorros apuntan directamente a la Tierra, pero hay más que eso.

El DO 287 ha estallado muchas veces. Para su doctorado hace 40 años, Aimo Sillanpää elaboró ​​la teoría de que estábamos viendo dos SMBH, uno mucho más grande que el otro. Naturalmente, el más pequeño orbita a su vecino más grande, y el ciclo de 12 años de esta órbita crea uno de los períodos que Sillanpää sigue entre llamaradas. El SMBH más pequeño orbita en ángulo con el plano del disco de acreción, por lo que pasa dos veces por cada órbita, y la interrupción provoca una efusión de luz adicional.

Sería fascinante verlo bajo cualquier circunstancia, pero la escala de este sistema es asombrosa. El agujero negro más pequeño tiene una masa 150 millones de veces la del Sol, lo que lo hace 40 veces más masivo que Sagitario A*, el SMBH en el corazón de nuestra propia galaxia. El objeto más grande tiene unos 18 mil millones de masas solares.

A pesar del tamaño del agujero negro más pequeño, suele haber obstáculos para su detección directa. «Los dos agujeros negros están tan cerca uno del otro en el cielo que no es posible verlos por separado; se fusionan en un solo punto en nuestros telescopios», dijo el profesor Mauri Valtonen en un comunicado. «Sólo si vemos señales claramente separadas de cada agujero negro podremos decir que realmente los hemos ‘visto’ a ambos».

Además de las llamaradas que Sillanpää rastreó, hay otros eventos desencadenados por las interacciones de los dos SMBH. Mientras trabajaba en su propio doctorado en 2014, el Dr. Pauli Pihajoki desarrolló aún más el modelo para predecir que el SMBH más pequeño capturaría una bolsa de gas más rica a finales de 2021 y estallaría, inspirando las observaciones de TESS y Swift.

El 12 de noviembre a las 2 am GMT, TESS observó que OJ 287 se iluminaba y lo siguió durante 12 horas antes de que volviera a desvanecerse. También había instrumentos terrestres y rápidos en el caso, y aquellos que experimentaron noches despejadas también pudieron observar la llamarada.

El profesor Mauri Valtonen ha liderado un proyecto para analizar los datos de todos estos instrumentos y compararlos con las predicciones de Sillanpää y Pihajoki.

Descubrieron que durante ese período de 12 horas el SMBH más pequeño eclipsaba a su hermano mayor, dándole al sistema un color amarillo en lugar del rojo habitual.

«Por lo tanto, ahora podemos decir que hemos ‘visto’ un agujero negro orbitando por primera vez, de la misma manera que podemos decir que TESS ha visto planetas orbitando otras estrellas», dijo Valtonen en una declaración diferente. con los planetas, es extremadamente difícil obtener una imagen directa del agujero negro más pequeño. De hecho, debido a la gran distancia de OJ 287… probablemente pasará mucho tiempo antes de que nuestros métodos de observación se hayan desarrollado lo suficiente como para capturar una imagen incluso del agujero negro. agujero negro más grande”.

El equipo analizó las fechas en las que debería haber ocurrido un evento de este tipo anteriormente y descubrió que los telescopios lo suficientemente potentes como para detectar el cambio nunca habían estado observando en el momento adecuado.

Además de estudiar OJ 287 en todos los puntos del espectro electromagnético, el equipo de la Universidad de Turku cree que dos objetos tan enormes que orbitan tan cerca uno del otro deberían producir ondas gravitacionales en el rango de los nanohercios. Esas ondas deberían estar provocando que los púlsares en todo el universo alteren su sincronización fraccionariamente, y el equipo espera que pronto podamos medir algunas con suficiente precisión para detectar esto.

Los hallazgos son de acceso abierto en The Astrophysical Journal Letters.