Una antigua fusión puso al agujero negro supermasivo de la Vía Láctea en un estado de agitación

El agujero negro gigante que se encuentra en el centro de nuestra galaxia tiene un giro inesperado, que probablemente sea el resultado de una fusión con otro agujero negro de gran tamaño. Es casi seguro que la fusión se produjo con el agujero negro más pequeño, pero técnicamente todavía supermasivo, que se encuentra en el centro de una galaxia que fue tragada por la Vía Láctea.

La primera imagen de un agujero negro obtenida por el Event Horizon Telescope, y la siguiente de Sagitario A*, de nuestra galaxia, han despertado un gran entusiasmo. Dos astrónomos creen haber notado algo en las últimas imágenes que otros no habían visto. Concluyen que Sagitario A* gira sorprendentemente rápido para un objeto de su edad y tamaño. Además, su dirección de giro no está alineada con la de la Vía Láctea en su conjunto, como cabría esperar.

El Dr. Yihan Wang y el profesor Bing Zhang de la Universidad de Nevada, Las Vegas, sostienen que estas características representan el legado de una importante fusión con un agujero negro de tamaño comparable.

Todavía se debate el origen de los agujeros negros supermasivos (SMBH, por sus siglas en inglés) que se encuentran en el corazón de la mayoría de las galaxias medianas o grandes (si no de todas). Sin embargo, una vez que aparecen, hay dos procesos por los cuales crecen hasta alcanzar cientos de millones o decenas de miles de millones de veces la masa del Sol. Uno de ellos es la acreción, donde el gas se introduce en espiral en el SMBH, creando un disco resplandeciente en el proceso.

El segundo proceso se produce a través de fusiones con otros agujeros negros. Como los SMBH son mucho más raros que los agujeros negros estelares, y sus fusiones aún más raras, todavía no hemos detectado las ondas gravitacionales de eventos tan colosales. Sin embargo, hay muchas razones para confiar en que esto sucede: vemos galaxias fusionándose y evidencias de fusiones pasadas en la Vía Láctea. Cuando eso sucede, se espera que los agujeros negros orbiten inicialmente entre sí. Sin embargo, con el tiempo, esas órbitas se desintegrarán y una fusión creará algo aún más supermasivo.

Sigue habiendo debate sobre la importancia relativa de la acreción y las fusiones, y la “teoría de la fusión de agujeros negros jerárquicos” defiende la importancia de estas últimas.

Ahora parece que tenemos evidencia cerca de casa (según los estándares cósmicos).

Cuando las estrellas se fusionan, el momento angular donado por el objeto más pequeño puede hacer que el producto se acelere. Esta se ha considerado la explicación más probable para algunas estrellas que giran anormalmente rápido, y los astrónomos han podido calcular las características probables del objeto en cuestión. Tiene sentido que el mismo proceso ocurra con los SMBH, pero es más difícil realizar análisis forenses en un objeto que solo visualizamos desde su sombra en lugar de verlo directamente.

Sin embargo, Wang y Zhang sospechan que la fusión tuvo lugar hace 9.000 millones de años, cuando la Vía Láctea se fusionó con la galaxia Gaia-Encelado y la relación entre las masas de los dos SMBH era de 4:1.

Si Gaia-Encelado se hubiera acercado aproximadamente en la dirección del plano de la Vía Láctea, Sagitario A* habría girado rápido, pero no habría ninguna pista clara sobre la causa. Sin embargo, el ángulo aparentemente pronunciado entre la dirección en la que gira el agujero y el eje de rotación galáctico es más sospechoso. La pareja modeló diferentes escenarios y encontró que solo un ángulo de inclinación de 145-180° entre el SMBH de Gaia-Encelado que se aproximaba y el giro anterior de Sagitario A* explica lo que sabemos. Argumentan que algunos modelos de acreción podrían explicar la velocidad de giro, pero no el ángulo, y otros el ángulo pero no la velocidad.

Podemos detectar la rotación de un SMBH por la forma en que afecta el movimiento de los objetos cercanos, y esperamos que, por lo general, roten en el plano de la galaxia en su conjunto, habiéndose formado juntos. Se asemeja a la forma en que la mayoría de las estrellas, incluido nuestro Sol, rotan con un ecuador aproximadamente alineado con las órbitas de sus planetas.

«Este descubrimiento abre el camino para nuestra comprensión de cómo crecen y evolucionan los agujeros negros supermasivos», afirmó Wang en un comunicado. «El giro alto y desalineado de Sgr A* indica que podría haberse fusionado con otro agujero negro, alterando drásticamente su amplitud y orientación de giro».

«Este evento no sólo proporciona evidencia de la teoría de fusión jerárquica de agujeros negros, sino que también proporciona información sobre la historia dinámica de nuestra galaxia», dijo Zhang.

Se planean detectores de ondas gravitacionales más avanzados en el espacio, en parte para detectar fusiones de cuerpos celestes supermasivos de épocas similares a la de este evento. Estas ondas están demasiado debilitadas por el tambaleo del espacio-tiempo como para ser captadas por los sistemas existentes. Wang y Zhang consideran que la fusión que describen es una señal alentadora para la idea de que estos eventos alguna vez fueron lo suficientemente comunes como para que el equipo planeado pueda detectar algunos.

El estudio se publica en acceso abierto en Nature Astronomy.