Científicos ALMA detectan por primera vez a dos agujeros negros supermasivos “cenando juntos” en una fusión de galaxias

Por primera vez y a 500 millones de años luz de la Tierra, un equipo internacional de astrónomos descubrió a dos agujeros negros supermasivos en crecimiento como resultado de un gigantesco choque de galaxias, en la Constelación de Cáncer.

Ambos están a solo 750 años luz de distancia uno del otro, mientras sus galaxias anfitrionas se fusionan. Los investigadores pudieron descubrir a dos colosos como estos “cenando juntos” y devorando estrellas a corta distancia, gracias al observatorio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile y el uso de una combinación de telescopios terrestres y espaciales.

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Este hallazgo es parte de una investigación en la que tuvieron un papel protagónico astrónomos del Centro de Astrofísica y tecnologías Afines (CATA), pertenecientes a la Pontificia Universidad Católica y la Universidad Diego Portales, quienes lograron observar a esta “pareja de agujeros negros cercanos y activos”, penetrando a través de las grandes nubes de polvo y gas resultante de la fusión galáctica conocida como UGC4211, una barrera que hasta ahora no había permitido identificarlos.

La concepción de este artista muestra una fusión de galaxias en etapa tardía y sus dos galaxias centrales recién descubiertas. Se trata de los agujeros negros binarios más cercanos jamás observados. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); M. Weiss, NRAO/AUI/NSF.

Los resultados, publicados en la revista The Astrophysical Journal Letters y anunciados en una conferencia de prensa organizada por la American Astronomical Society, permitirán entender mejor lo que ocurrirá cuando la Vía Láctea colisione con la vecina galaxia de Andrómeda y señalan que los agujeros negros binarios -y las galaxias en colisión que los originan-, podrían ser fenómenos sorprendentemente comunes en el Universo.

Conferencia de prensa organizada por la American Astronomical Society.

“Puede haber muchas parejas de agujeros negros supermasivos en pleno crecimiento en los centros de las galaxias que aún no hemos logrado identificar. De ser así, en un futuro cercano observaremos frecuentes ondas gravitacionales generadas por las fusiones de estos objetos en todo el Universo, gracias a futuros observatorios espaciales como LISA”,  indicó Ezequiel Treister, subdirector de CATA y co-autor del estudio, en relación a las implicancias que tendría también para la detección de ondas gravitacionales.

Según detalló Treister, el nuevo hallazgo fue posible gracias a la combinación de datos del radiotelescopio ALMA con observaciones en longitudes de onda múltiples de otros telescopios potentes, como Chandra, Hubble, el Very Large Telescope de la ESO y el Observatorio Keck, en Hawai.

Observaciones con telescopio de dos agujeros negros supermasivos recién descubiertos en curso de colisión. Su galaxia anfitriona, a la izquierda, es una mezcla de dos galaxias que chocaron.

“Cada longitud de onda muestra una parte distinta del panorama, como un gigantesco rompecabezas”, explicó el astrónomo PUC.

De esta forma, mientras las imágenes ópticas obtenidas con observatorios terrestres mostraron la totalidad de la galaxia en colisión, el telescopio Hubble permitió observar las regiones nucleares en alta resolución, mientras que las observaciones en rayos X revelaron que había al menos un núcleo galáctico activo en el sistema. Según el experto, ALMA mostró la ubicación exacta de estos “dos agujeros negros supermasivos y glotones” en pleno crecimiento.

Si bien están muy juntos en términos cosmológicos a solo 750 años luz de distancia, los agujeros negros supermasivos no se fusionarán hasta dentro de unos cientos de millones de años. Mientras tanto, el descubrimiento de los astrónomos proporciona una mejor estimación de cuántos agujeros negros supermasivos también están a punto de colisionar en el universo.

“Son áreas de las galaxias difíciles de acceder porque son compactas y sumamente luminosas, generadas por la acreción de materia alrededor de los agujeros negros centrales”, explicó Claudio Ricci, astrónomo UDP-CATA que participó de la investigación. De esta forma, así se logró traspasar hasta las profundidades de los núcleos galácticos activos de la fusión UGC4211.

Al igual que los láseres en la luz visible, los másers son ondas electromagnéticas amplificadas en longitudes de onda de microondas. Utilizamos másers generados por hidrógeno para sondear las estructuras físicas y dinámicas en el gas que rodea a la estrella MWC 349A, que tiene unas 30 veces la masa del Sol. Crédito: NRAO/Melissa Weiss

El astrónomo cuenta que de forma sorpresiva mientras investigaban con ALMA, el equipo científico descubrió no uno, sino dos agujeros negros que devoraban frenéticamente los subproductos de la fusión. “Y ambos estaban dándose el festín muy cerca el uno del otro: a tan solo 750 años luz de distancia”, agregó Ricci.

Dos agujeros negros “devorándose” entre sí.

El futuro de la Vía Láctea

Franz Bauer, astrónomo UC-CATA que también participó de la investigación, señaló que con esta nueva información los científicos podrán tener una idea más clara acerca de cómo galaxias similares a la nuestra se han convertido en lo que son ahora y cómo seguirán evolucionando.

Scientists using @almaobs and multiple other telescopes discovered two supermassive black holes growing simultaneously near the center of the newly coalescing galaxy. 2/🧵 pic.twitter.com/K1Q0693KeM

— National Radio Astronomy Observatory | NRAO (@TheNRAO) January 9, 2023

“Hasta ahora se habían estudiado principalmente las primeras etapas de fusión de las galaxias, pero la nuevas observaciones corresponden a las últimas etapas de una colisión, un adelanto de lo que ocurrirá cuando la Vía Láctea choque con la vecina galaxia de Andrómeda, en unos 4.500 millones de años”, sostuvo.

La fusión de dos agujeros negros supermasivos.

El astrónomo agrega que simulaciones realizadas anteriormente indicaban que la mayoría de los agujeros negros binarios de las galaxias cercanas debían ser objetos inactivos, “pero pudimos observar a una pareja de agujeros negros en pleno crecimiento”.

Michael Koss, investigador sénior de Eureka Scientific y autor principal del estudio, señaló que “hemos identificado a una de las parejas de agujeros negros más cercana entre sí que conozcamos en una galaxia en colisión, y como sabemos que estas fusiones galácticas son mucho más comunes en el Universo distante, podemos suponer que estos agujeros negros binarios también podrían ser mucho más comunes de lo que se creía”.

Cabe recordar que ALMA es un observatorio internacional coadministrado por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO, en sus siglas en inglés) de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos.