Los astrónomos han descubierto un par de agujeros negros titánicos distantes que se encaminan hacia una colisión.

La masa de cada agujero negro es más de 800 millones de veces la de nuestro sol. A medida que los dos se acercan gradualmente en una espiral de muerte, comenzarán a enviar ondas gravitacionales ondeando a través del espacio-tiempo. Esas ondas cósmicas se unirán al ruido de fondo aún no detectado de las ondas gravitacionales de otros agujeros negros supermasivos.

Incluso antes de la colisión destinada, las ondas gravitacionales que emanan del par de agujeros negros supermasivos empequeñecerán a las detectadas previamente por las fusiones de agujeros negros mucho más pequeños y estrellas de neutrones.

"Los binarios de agujeros negros supermasivos producen las ondas gravitacionales más fuertes del universo, "dice la co-descubridora Chiara Mingarelli, científico investigador asociado en el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. Las ondas gravitacionales de pares de agujeros negros supermasivos "son un millón de veces más fuertes que las detectadas por LIGO".

El estudio fue dirigido por Andy Goulding, investigador asociado en la Universidad de Princeton. Goulding, Mingarelli y colaboradores de Princeton y el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. En Washington, CORRIENTE CONTINUA., reportar el descubrimiento el 10 de julio en los Cartas de revistas astrofísicas .

Los dos agujeros negros supermasivos son especialmente interesantes porque se encuentran a unos 2.500 millones de años luz de la Tierra. Dado que mirar objetos distantes en astronomía es como mirar atrás en el tiempo, la pareja pertenece a un universo 2.500 millones de años más joven que el nuestro. Casualmente, esa es aproximadamente la misma cantidad de tiempo que los astrónomos estiman que los agujeros negros tardarán en comenzar a producir poderosas ondas gravitacionales.

En el universo actual, los agujeros negros ya están emitiendo estas ondas gravitacionales, pero incluso a la velocidad de la luz, las ondas no nos alcanzarán hasta dentro de miles de millones de años. El dúo sigue siendo útil, aunque. Su descubrimiento puede ayudar a los científicos a estimar cuántos agujeros negros supermasivos cercanos están emitiendo ondas gravitacionales que podríamos detectar en este momento.

La detección del fondo de ondas gravitacionales ayudará a resolver algunas de las mayores incógnitas en astronomía, tales como la frecuencia con la que las galaxias se fusionan y si los pares de agujeros negros supermasivos se fusionan o quedan atrapados en un vals casi interminable entre sí.

"Es una gran vergüenza para la astronomía que no sepamos si los agujeros negros supermasivos se fusionan, "dice la coautora del estudio Jenny Greene, profesor de ciencias astrofísicas en Princeton. "Para todos en la física de los agujeros negros, observacionalmente, este es un rompecabezas de larga data que debemos resolver ".

Los agujeros negros supermasivos contienen millones o incluso miles de millones de soles en masa. Casi todas las galaxias, incluida la Vía Láctea, contienen al menos uno de los gigantes en su núcleo. Cuando las galaxias se fusionan, sus agujeros negros supermasivos se encuentran y comienzan a orbitar entre sí. Tiempo extraordinario, esta órbita se estrecha a medida que el gas y las estrellas pasan entre los agujeros negros y roban energía.

Una vez que los agujeros negros supermasivos se acercan lo suficiente, aunque, este robo de energía casi se detiene. Algunos estudios teóricos sugieren que los agujeros negros se estancan alrededor de 1 pársec (aproximadamente 3,2 años luz) de distancia. Esta desaceleración dura casi indefinidamente y se conoce como el problema de parsec final. En este escenario, solo grupos muy raros de tres o más agujeros negros supermasivos dan como resultado fusiones.

Los astrónomos no pueden simplemente buscar pares estancados porque mucho antes de que los agujeros negros estén separados por 1 pársec, están demasiado cerca para distinguirlos como dos objetos separados. Es más, no producen ondas gravitacionales fuertes hasta que superan el obstáculo de parsec final y se acercan. (Observados como eran hace 2.500 millones de años, los agujeros negros supermasivos recién descubiertos aparecen separados por 430 parsecs).

Si el problema de parsec final no existe, entonces los astrónomos esperan que el universo esté lleno del clamor de ondas gravitacionales de pares de agujeros negros supermasivos. "Este ruido se llama fondo de ondas gravitacionales, y es un poco como un caótico coro de grillos chirriando en la noche, "dice Goulding." No se puede distinguir un grillo de otro, pero el volumen del ruido te ayuda a estimar cuántos grillos hay ". (Cuando dos agujeros negros supermasivos finalmente chocan y se combinan, envían un chirrido atronador que eclipsa a todos los demás. Tal evento es breve y extraordinariamente raro, aunque, por lo que los científicos no esperan detectar uno pronto).

Las ondas gravitacionales generadas por pares de agujeros negros supermasivos están fuera de las frecuencias actualmente observables por experimentos como LIGO y Virgo. En lugar de, Los cazadores de ondas gravitacionales se basan en conjuntos de estrellas especiales llamadas púlsares que actúan como metrónomos. Las estrellas que giran rápidamente envían ondas de radio a un ritmo constante. Si una onda gravitacional que pasa estira o comprime el espacio entre la Tierra y el púlsar, el ritmo se desvía un poco.

Detectar el fondo de ondas gravitacionales utilizando una de estas matrices de temporización de púlsar requiere paciencia y muchas estrellas monitoreadas. El ritmo de un solo púlsar podría verse interrumpido por solo unos pocos cientos de nanosegundos durante una década. Cuanto más fuerte sea el ruido de fondo, cuanto mayor sea la interrupción del tiempo y antes se realizará la primera detección.

Goulding, Greene y los otros astrónomos observacionales del equipo detectaron a los dos titanes con el telescopio espacial Hubble. Aunque los agujeros negros supermasivos no son directamente visibles a través de un telescopio óptico, están rodeados por grupos brillantes de estrellas luminosas y gas cálido atraído por el poderoso tirón gravitacional. Por su tiempo en la historia, la galaxia que alberga el par de agujeros negros supermasivos recién descubiertos "es básicamente la galaxia más luminosa del universo, "Dice Goulding. Además, el núcleo de la galaxia está disparando dos columnas de gas inusualmente colosales. Después de que los investigadores apuntaron el telescopio espacial Hubble a la galaxia para descubrir el origen de sus espectaculares nubes de gas, descubrieron que el sistema contenía no uno, sino dos enormes agujeros negros.

Luego, los observacionalistas se asociaron con los físicos de ondas gravitacionales Mingarelli y el estudiante graduado de Princeton Kris Pardo para interpretar el hallazgo en el contexto del fondo de ondas gravitacionales. El descubrimiento proporciona un punto de anclaje para estimar cuántos pares de agujeros negros supermasivos se encuentran dentro de la distancia de detección de la Tierra. Las estimaciones anteriores se basaron en modelos informáticos de la frecuencia con la que se fusionan las galaxias, en lugar de observaciones reales de pares de agujeros negros supermasivos.

Basado en los hallazgos, Pardo y Mingarelli predicen que en un escenario optimista hay alrededor de 112 agujeros negros supermasivos cercanos que emiten ondas gravitacionales. La primera detección del fondo de ondas gravitacionales de los agujeros negros supermasivos debería producirse en los próximos cinco años aproximadamente. Si no se realiza tal detección, eso sería evidencia de que el problema de parsec final puede ser insuperable. Actualmente, el equipo está buscando otras galaxias similares a la que alberga el nuevo par de agujeros negros supermasivos. Encontrar pares adicionales les ayudará a perfeccionar aún más sus predicciones.