Descubren un par de agujeros negros supermasivos separados por tan solo 300 años luz: la menor separación jamás vista

Se ha observado un par de agujeros negros supermasivos en vías de fusión a medida que sus galaxias se acercan. El par, visto tanto por el telescopio espacial Hubble como por el observatorio de rayos X Chandra, se encuentra a una distancia de entre 300 y 400 años luz, lo que para la mayoría de los propósitos es una gran distancia, pero constituye la menor separación jamás confirmada entre gigantes como estos. Esto proporciona una oportunidad sin precedentes para estudiar lo que sucede cuando enormes agujeros negros se aproximan entre sí.

A diferencia de las estrellas individuales, las galaxias chocan entre sí con mucha frecuencia, si por frecuente se entiende una vez cada varios miles de millones de años. Como la mayoría de las galaxias grandes y medianas tienen agujeros negros supermasivos (SMBH, por sus siglas en inglés) en sus núcleos, las colisiones galácticas las ponen en contacto. Justo esta semana, un artículo argumentó que el SMBH de nuestra propia galaxia muestra signos de haber sido tragado por otro hace 9 mil millones de años.

Los SMBH pueden impulsar la química de toda su galaxia, y es probable que las interacciones entre ellos alteren las cosas de maneras que los astrónomos están ansiosos por comprender. El proceso de unión lleva al menos decenas de millones de años, pero si podemos ver ejemplos en diferentes etapas es casi como obtener una película en stop motion.

La galaxia MCG-03-34-64 es inusual por la cantidad de gas que contiene, lo que ofrece un gran potencial para la formación de estrellas en el futuro, y es conocida por su espectro de rayos X de longitud de onda muy corta. Cuando Hubble y Chandra estudiaron el intenso brillo de su núcleo, descubrieron algo más. El brillo, conocido como núcleo galáctico activo (AGN), es producto del material que cae en un agujero negro y se calienta por fricción al hacerlo.

En este caso, sin embargo, los telescopios revelaron que hay dos SMBH que contribuyen a esa luz. No podemos ver ninguno directamente, por supuesto, ni siquiera la sombra como hicimos con M87, pero el Hubble detectó picos de difracción del gas oxígeno caliente, lo que indica un gran brillo en una pequeña parte de su campo de visión. La sospecha de que esto indicaba un segundo disco de acreción dentro del principal se confirmó utilizando rayos X recopilados por Chandra.

«Cuando observamos MCG-03-34-64 en la banda de rayos X, vimos dos fuentes de emisión de alta energía separadas y potentes que coincidían con los puntos de luz ópticos brillantes observados con el Hubble. Unimos estas piezas y concluimos que probablemente estábamos viendo dos agujeros negros supermasivos muy próximos entre sí», dijo la Dra. Anna Trindade Falcão del Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian en un comunicado. Los datos de radio de archivo del Very Large Array proporcionaron una confirmación adicional.

El Hubble también detectó una tercera fuente de luz brillante dentro del núcleo de MCG-03-34-64, pero ni él ni los otros telescopios pudieron determinar de qué se trata. Una teoría en funcionamiento es que los chorros de uno de los agujeros negros chocan contra una zona más densa de gas.

Cuando las galaxias se fusionan, los agujeros negros no chocan directamente entre sí, al menos no es algo habitual, sino que giran en espiral uno alrededor del otro en una órbita que se va desintegrando a medida que las ondas gravitacionales se llevan un poco de la energía del sistema, como un satélite arrastrado por los confines de la atmósfera. Al final, se fusionan y hacen que el espacio-tiempo suene como una campana.

Hemos detectado ondas gravitacionales de las fusiones de agujeros negros de masa estelar, pero los SMBH producirían longitudes de onda mucho más largas que excederían nuestra capacidad. Sin embargo, hay esperanzas de que los futuros observatorios de ondas gravitacionales basados ​​en el espacio puedan lograrlo.

Sabemos de numerosas galaxias que se fusionan con dos SMBH, incluida una que consiste en un par verdaderamente enorme que cambia de color durante la órbita. Sin embargo, la mayoría están muy lejos de nosotros, ya que las estamos viendo en una época en la que tales fusiones eran más comunes. En el caso de las más cercanas, donde nuestra vista es mejor, sus separaciones suelen ser mayores, antes de la etapa más interesante del proceso.

Se ha encontrado un candidato para un par de SMBH más cercano, utilizando radiotelescopios, pero las observaciones en otras longitudes de onda no lo confirmaron, lo que deja su estatus en duda. Es más difícil encontrar SMBH cercanos, no solo porque la última parte del proceso de fusión se completa más rápidamente, sino porque la luz emitida puede ser difícil de separar. A poco más de 200 millones de años luz de distancia, MCG-03-34-64 está lo suficientemente cerca como para que podamos distinguir el par.

El estudio se publica en acceso abierto en The Astrophysical Journal.