Ilustración artística de dos agujeros negros orbitándose uno al otro en el cuásar PKS 2131-021. Crédito: Caltech/R. Hurt (IPAC).
Enlazados en un baile cósmico a nueve mil millones de años luz de distancia de nuestro planeta, dos agujeros negros supermasivos parecen estar orbitándose el uno al otro, con un intervalo de dos años. Ambos objetos poseen masas equivalentes a unos cientos de millones la de nuestro Sol y están separados entre sí por una distancia equivalente a unas cincuenta veces el trayecto entre nuestra estrella más cercana y Plutón.
El objeto descubierto se denomina PKS 2131-021 y pertenece a una subclase de cuásares –agujeros negros supermasivos que se alimentan del material proveniente de un disco que los rodea– denominados blázares, en los cuales el chorro de energía que emana de él apunta hacia nuestro hogar, la Tierra. Aunque ya se sabía que los cuásares podían tener dos agujeros negros supermasivos, evidencia directa de esto había sido difícil de encontrar… hasta ahora.
El hallazgo fue realizado por científicos del Instituto de Tecnología de California (Caltech), incluyendo investigadores de la Universidad de Chile y Universidad de Concepción asociados del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA). Para Sandra O’Neill, estudiante de astrofísica en Caltech y autora principal del estudio, fue una grata sorpresa descubrir el segundo candidato de un agujero negro binario supermasivo hallado en el acto de fusionarse.
La evidencia proviene de observaciones que se han hecho durante 45 años. De acuerdo a este estudio, un poderoso chorro producido en uno de los agujeros negros se mueve de un lado a otro. Lo anterior provoca cambios periódicos en el brillo del cuásar en la banda de radio observados por cinco observatorios diferentes, incluyendo el Radio Observatorio de Owens Valley (OVRO) en California.
“Los datos que permitieron hacer este descubrimiento son parte del programa de monitoreo de blázares que aún continúa y que fue desarrollado durante mi tesis de doctorado. El diseño observacional, incluyendo la calibración de los datos y la programación automática de las observaciones fue desarrollado por mí hace más de una década. También participé en el desarrollo de los métodos de simulación que permiten estudiar la significancia estadística de estas señales”, comenta Walter Max-Moerbeck, profesor asistente en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile e investigador de CATA, quien obtuvo su doctorado con el profesor Anthony Readhead en Caltech quien lidera el equipo.
“Los periodos de estas variaciones fueron determinadas usando varias técnicas, entre ellas la ‘transformada Wavelet’ que fue analizada por Philipe Vergara, estudiante del magíster en ciencias mención de Astronomía de la Universidad de Concepción. De este modo se puede determinar si el periodo es estable o presenta variaciones”, explica Rodrigo Reeves profesor asociado del Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción y también investigador CATA, quien desarrolló su investigación doctoral con el profesor Readhead. Reeves tiene una colaboración de muchos años con el programa de monitoreo de blázares y otros proyectos conjuntos con Caltech.
La evidencia sugiere que la mayoría de las galaxias albergan agujeros negros enormes en sus centros, incluyendo nuestra Vía Láctea. Cuando dos galaxias se fusionan, sus agujeros negros se dirigen hacia el centro de la recientemente formada galaxia y eventualmente también se fusionan para formar un solo agujero negro más masivo. Mientras estos se acercan entre sí caen en una trayectoria espiral y distorsionan de manera cada vez mayor el espacio-tiempo, lo que genera ondas gravitacionales como fue predicho por Albert Einstein hace más de 100 años. En este caso, se espera que los agujeros negros de PKS 2131-021 se fusionen en aproximadamente 10.000 años formando un único agujero negro de mayor tamaño.
En el futuro, los conjuntos de sincronización de púlsares, que consisten en un grupos de estrellas muertas pulsantes monitoreadas con precisión por radiotelescopios, deberían poder detectar las ondas gravitacionales de los agujeros negros supermasivos de este peso. Hasta el momento, no se han registrado ondas gravitacionales de ninguna de estas fuentes más pesadas, pero PKS 2131-021 proporciona el objetivo más prometedor hasta el momento.
“Es muy emocionante ver que además de la ciencia que planeamos originalmente, todavía se puede seguir haciendo descubrimientos inesperados cómo este. Es un gran privilegio ser parte de este equipo internacional que estoy seguro continuará sorprendiéndonos”, concluye el doctor Max-Moerbeck.
El artículo “The Unanticipated Phenomenology of the Blazar PKS 2131–021: A Unique Supermassive Black Hole Binary Candidate” fue publicado el 23 de febrero de 2022 en The Astrophysical Journal Letters.
Fuente: Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines
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