Dos agujeros negros gigantes se dirigen en espiral hacia una colisión

Un agujero negro supermasivo a 9 mil millones de años luz de distancia parece tener un agujero negro compañero orbitando a su alrededor. A medida que la órbita se reduce, el par se acerca a la fusión, es decir, a una colisión que puede afectar incluso al espacio tiempo.

Agujeros negros supermasivos de millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol se encuentran en el corazón de la mayoría de las galaxias, y los astrónomos están ansiosos por saber cómo llegaron a existir estos gigantes. Si bien creen que la mayoría resultó de al menos una fusión entre dos agujeros negros supermasivos más pequeños, hasta hace poco los científicos carecían de las observaciones que podrían dar alguna idea, ya que solo se había encontrado un par de agujeros negros supermasivos en camino a una fusión.

Pero en el mes de febrero, un equipo de astrónomos dirigido por Caltech anunció los resultados de un estudio que podría cambiar todo: los investigadores que observaban un agujero negro supermasivo observaron signos de que tiene un compañero en órbita cercana y que están muy cerca de colisionar. 

Encerrados en un vals cósmico épico a 9 mil millones de años luz de distancia, estos dos agujeros negros supermasivos parecen estar orbitando uno alrededor del otro cada dos años. 

Si el equipo está en lo correcto, el diámetro de la órbita de este agujero negro binario es de 10 a 100 veces más pequeño que el del único otro binario supermasivo conocido.

Por otro lado, los científicos calculan que el dúo se fusionará en aproximadamente 10.000 años. Eso puede parecer mucho tiempo, pero en realidad llevaría alrededor de 100 millones de años que agujeros negros de este tamaño comiencen a orbitar entre sí y finalmente se unan. Así que este par está a más del 99% del camino hacia una colisión. Cuando esto ocurra, se espera que la colisión titánica sacuda el espacio y el tiempo, enviando ondas gravitacionales a través del universo

Joseph Lazio y Michele Vallisneri, del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en el sur de California, brindaron información sobre cómo se comportan los agujeros negros supermasivos en un sistema binario y cómo interpretar los datos de radio.

La evidencia de que este agujero negro supermasivo puede tener un compañero proviene de las observaciones de los radiotelescopios en la Tierra. Los agujeros negros no emiten luz, pero su gravedad puede acumular discos de gas caliente a su alrededor y expulsar parte de ese material al espacio. Estos chorros pueden estirarse por millones de años luz. Un chorro que apunta hacia la Tierra parece mucho más brillante que un chorro que apunta lejos de la Tierra. Los astrónomos llaman blazares a los agujeros negros supermasivos con chorros orientados hacia la Tierra, y un blazar llamado PKS 2131-021 es el centro de este estudio.

Ubicado a unos 9 mil millones de años luz de la Tierra, PKS 2131-021 es uno de los 1800 blazares que un grupo de investigadores de Caltech en Pasadena ha estado monitoreando con el Owens Valley Radio Observatory en el norte de California durante 13 años como parte de un estudio general de comportamiento blazar. Pero este blazar en particular exhibe un comportamiento extraño: su brillo muestra altibajos regulares tan predecibles como el tictac de un reloj.

Los investigadores creen que esta variación regular es el resultado de un segundo agujero negro que tira del primero mientras se orbitan entre sí cada dos años. Se estima que cada uno de los dos agujeros negros en PKS 2131-021 tiene unos cientos de millones de veces la masa de nuestro Sol. Para confirmar el hallazgo, los científicos intentarán detectar ondas gravitacionales (ondas en el espacio) provenientes del sistema. La primera detección de ondas gravitacionales de agujeros negros binarios se anunció en 2016.

45 años de observaciones de radio

Para confirmar que las oscilaciones no fueron aleatorias o la causa de un efecto temporal alrededor del agujero negro, el equipo tuvo que mirar más allá de la década (2008 a 2019) de datos del Observatorio Owens Valley. Después de enterarse de que otros dos radiotelescopios también habían estudiado este sistema, el Radio Observatorio de la Universidad de Michigan (1980 a 2012) y el Observatorio Haystack (1975 a 1983), investigaron los datos adicionales y descubrieron que coincidía con las predicciones de cómo el brillo del blazar debe cambiar con el tiempo.

“Este trabajo es un testimonio de la importancia de la perseverancia”, dijo Lazio. “Se necesitaron 45 años de observaciones de radio para producir este resultado.”.

Más información en el comunicado de prensa de Caltech.