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    ¿Los agujeros negros supermasivos se fusionan para formar sistemas binarios?

    El profesor de Astronomía y Astrofísica de Penn State, Micheal Eracleous en el Observatorio Nacional de Kitt Peak en Tuscon, Arizona. Crédito:Micheal Eracleous

    En el centro de la mayoría de las galaxias hay agujeros negros tan masivos (hasta varios miles de millones de veces la masa de nuestro sol) que se han ganado el descriptor de "supermasivos". Compare esto con su agujero negro de masa estelar común y corriente, entre 10 y 100 veces la masa de nuestro sol. Comprender estos agujeros negros supermasivos ayudará a los astrónomos a comprender el origen y la evolución de las galaxias. Una pregunta abierta es si pueden formar binarios.

    Los agujeros negros de masa estelar forman sistemas binarios, dos agujeros negros orbitando entre sí, si se forman a partir del colapso de un sistema estelar binario, o posiblemente cuando dos agujeros negros se capturan entre sí en su atracción gravitacional. Se mueven en espiral eventualmente fusionándose en un evento tan poderoso que envía una onda a través del espacio y el tiempo conocida como onda gravitacional. Hace unos pocos años, el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) detectó ondas gravitacionales de tal evento por primera vez.

    Teóricamente entonces, la fusión de dos galaxias podría resultar en un agujero negro binario de la variedad supermasiva, pero hasta ahora los astrónomos no han detectado de manera inequívoca uno de estos eventos. El profesor de Astronomía y Astrofísica de Penn State, Michael Eracleous, está a la vanguardia de la búsqueda.

    "Hace unos diez años, Se publicaron varios artículos que afirman haber detectado agujeros negros supermasivos binarios, ", dijo." Había trabajado un poco sobre agujeros negros supermasivos binarios como estudiante de posgrado, así que me sentí obligado a embarcarme en un proyecto para recopilar una gran cantidad de datos para poder hacer un contrapunto a las afirmaciones de esos trabajos. Una vez que me metí en eso Vi lo conectado que estaba con la evolución de las galaxias ".

    "Cuando llegué a Penn State, Sabía que el departamento encajaba perfectamente con el tipo de investigación que hago, ", dijo." He hecho buenas conexiones con mis colegas aquí, y ahora sé que si alguna vez me quedo atascado todo lo que se necesita es una taza de café y una conversación para aclarar las cosas ".

    Entonces, ¿cómo buscas algo que nunca has visto?

    "En gran parte de la astronomía, la observación es lo primero:vemos algo y eso informa nuestra teoría, "dijo Eracleous." Para los agujeros negros supermasivos binarios, la teoría está impulsando las observaciones. Hasta que encontremos uno las preguntas son "¿Deberían existir?" y "¿Deberíamos buscarlos?" Y la respuesta a ambas preguntas es definitivamente "Sí".

    Una de las principales diferencias entre los agujeros negros supermasivos y los agujeros negros de masa estelar es el gas. Cuando se forman agujeros negros de masa estelar después de que una estrella explota en una supernova, la mayor parte del gas se expulsa. Pero se cree que los agujeros negros supermasivos transportan gases con ellos. Estos gases emiten señales de luz que pueden ser detectadas por grandes telescopios equipados con espectrógrafos aquí en la Tierra. como el telescopio Hobby-Eberly (HET) de 11 metros.

    Eracleous explicó que los gases son detectados por el espectrógrafo como líneas de emisión de una longitud de onda particular y podrían ser la clave para identificar un binario supermasivo. Mientras los agujeros negros se orbitan entre sí, las líneas de emisión de estos gases se desplazan debido al efecto Doppler. Las líneas de emisión de un agujero negro se desplazan a longitudes de onda más largas, y los del otro se desplazan a longitudes de onda más cortas. Entonces, los científicos esperan dos líneas de emisión separadas, uno de cada agujero negro.

    "Si pudiéramos seguir las líneas de emisión a lo largo de una órbita, los veríamos cruzando de un lado a otro a medida que las señales de cada agujero negro se desplazaban en un sentido y luego en el otro, "dijo Eracleous.

    Por supuesto, la búsqueda real no es tan sencilla. Los aspectos prácticos como la disponibilidad limitada de tiempo en los grandes telescopios necesarios para realizar estas observaciones significan que los astrónomos no pueden simplemente mirar y esperar para ver los signos reveladores de un binario supermasivo. Pero no es necesario. En lugar de, identifican a los candidatos a partir de una encuesta inicial y realizan comprobaciones periódicas para ver si los espectros de estos candidatos han cambiado como se esperaría según los modelos teóricos.

    "Usar el telescopio Hobby-Eberly para hacer estas observaciones nos facilita la vida porque ni siquiera necesitamos ir al observatorio para recolectar los datos, "dijo Eracleous." El HET es operado por astrónomos residentes que hacen las observaciones y nos envían los datos ".

    El proceso es lento pero Eracleous explicó que una vez que encuentran un agujero negro supermasivo binario, la búsqueda debería acelerarse.

    "El primer agujero negro supermasivo binario confirmado será como la Piedra Rosetta, ", dijo." Nos dirá cuáles de nuestros modelos eran correctos y cuáles no. Nos permitirá refinar nuestras próximas búsquedas y deberíamos poder encontrar más ".

    Los astrónomos ya están desarrollando la tecnología para las próximas búsquedas. Eracleous participa en la planificación de la antena espacial de interferómetro láser (LISA). LISA es para LIGO lo que un agujero negro supermasivo es para un agujero negro de masa estelar. Donde LIGO consta de dos láseres de cuatro kilómetros de largo en ángulo recto entre sí, Las tres naves espaciales de LISA estarán conectadas por láseres que viajan 2,5 millones de kilómetros formando un triángulo equilátero. La escala de LISA y el hecho de que se base en el espacio significa que puede detectar ondas gravitacionales de baja longitud de onda lejos de las fuentes de ruido aquí en la Tierra.

    "LISA se ajustará para encontrar ondas gravitacionales como las que resultarían de una fusión de agujeros negros supermasivos, "dijo Eracleous.

    Por Eracleous, El Departamento de Astronomía y Astrofísica de Penn State ha proporcionado el entorno de apoyo necesario para su búsqueda.


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