La galaxia 3C186, ubicado a unos 8 mil millones de años luz de la Tierra, es muy probable que sea el resultado de la fusión de dos galaxias. Esto es apoyado por colas de marea en forma de arco, generalmente producido por un tirón gravitacional entre dos galaxias en colisión, identificado por los científicos. La fusión de las galaxias también llevó a una fusión de los dos agujeros negros supermasivos en sus centros, y el agujero negro resultante fue expulsado de su galaxia madre por las ondas gravitacionales creadas por la fusión. Crédito:NASA, ESA, y M. Chiaberge (STScI / ESA)
Los astrónomos han descubierto un agujero negro supermasivo que ha sido impulsado fuera del centro de una galaxia distante por lo que podría ser el asombroso poder de las ondas gravitacionales.
Aunque ha habido varios otros sospechosos, agujeros negros con botas similares en otros lugares, ninguno ha sido confirmado hasta ahora. Los astrónomos piensan que este objeto, detectado por el telescopio espacial Hubble de la NASA, es un caso muy fuerte. Con un peso de más de mil millones de soles, El agujero negro rebelde es el agujero negro más masivo jamás detectado que haya sido expulsado de su hogar central.
Los investigadores estiman que se necesitó la energía equivalente a 100 millones de supernovas que explotaban simultáneamente para deshacerse del agujero negro. La explicación más plausible para esta energía propulsora es que el objeto monstruo recibió una patada por las ondas gravitacionales desatadas por la fusión de dos grandes agujeros negros en el centro de la galaxia anfitriona.
Primero predicho por Albert Einstein, Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio que se crean cuando dos objetos masivos chocan. Las ondas son similares a los círculos concéntricos que se producen cuando se arroja una piedra pesada a un estanque. El año pasado, el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) ayudó a los astrónomos a demostrar que las ondas gravitacionales existen al detectarlas emanando de la unión de dos agujeros negros de masa estelar, que son varias veces más masivas que el sol.
Las observaciones del Hubble del caprichoso agujero negro sorprendieron al equipo de investigación. "Cuando vi esto por primera vez, Pensé que estábamos viendo algo muy peculiar "dijo el líder del equipo Marco Chiaberge del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) y la Universidad Johns Hopkins, en Baltimore, Maryland. "Cuando combinamos las observaciones del Hubble, el Observatorio de rayos X Chandra, y el Sloan Digital Sky Survey, todo apuntaba hacia el mismo escenario. La cantidad de datos que recopilamos, de rayos X a luz ultravioleta a infrarroja cercana, es definitivamente más grande que para cualquiera de los otros candidatos a agujeros negros rebeldes ".
El artículo de Chiaberge aparecerá en la edición del 30 de marzo de Astronomía y Astrofísica .
Las imágenes del Hubble tomadas en luz visible e infrarroja cercana proporcionaron la primera pista de que la galaxia era inusual. Las imágenes revelaron un quásar brillante, la firma energética de un agujero negro, residiendo lejos del núcleo galáctico. Los agujeros negros no se pueden observar directamente, pero son la fuente de energía en el corazón de los quásares:intensos, Chorros de radiación compactos que pueden eclipsar a toda una galaxia. El quásar llamado 3C 186, y su galaxia anfitriona reside a 8 mil millones de años luz de distancia en un cúmulo de galaxias. El equipo descubrió las características peculiares de la galaxia mientras realizaba un estudio del Hubble de galaxias distantes que desataban poderosas explosiones de radiación en medio de las fusiones de galaxias.
"Esperaba ver muchas galaxias fusionadas, y esperaba ver galaxias anfitrionas desordenadas alrededor de los quásares, pero en realidad no esperaba ver un quásar que estuviera claramente desplazado del núcleo de una galaxia de forma regular, ", Recordó Chiaberge." Los agujeros negros residen en el centro de las galaxias, por lo que es inusual ver un quásar que no esté en el centro ".
Esta ilustración muestra cómo las ondas gravitacionales pueden impulsar un agujero negro desde el centro de una galaxia. El escenario comienza en el primer panel con la fusión de dos galaxias, cada uno con un agujero negro central. En el segundo panel, los dos agujeros negros de la galaxia recién fusionada se asientan en el centro y comienzan a girar uno alrededor del otro. Esta acción energética produce ondas gravitacionales. A medida que los dos objetos pesados continúan irradiando energía gravitacional, se acercan entre sí con el tiempo, como se ve en el tercer panel. Si los agujeros negros no tienen la misma masa y velocidad de rotación, emiten ondas gravitacionales con más fuerza en una dirección, como se muestra en el área brillante en la parte superior izquierda. Los agujeros negros finalmente se fusionan en el cuarto panel, formando un agujero negro gigante. La energía emitida por la fusión impulsa al agujero negro lejos del centro en la dirección opuesta a las ondas gravitacionales más fuertes. Crédito:NASA, ESA, y A. Feild (STScI)
El equipo calculó la distancia del agujero negro desde el núcleo comparando la distribución de la luz de las estrellas en la galaxia anfitriona con la de una galaxia elíptica normal a partir de un modelo de computadora. El agujero negro había viajado más de 35, 000 años luz del centro, que es más que la distancia entre el sol y el centro de la Vía Láctea.
Basado en observaciones espectroscópicas tomadas por Hubble y la encuesta Sloan, los investigadores calcularon la masa del agujero negro y midieron la velocidad del gas atrapado cerca del objeto gigante. La espectroscopia divide la luz en los colores que la componen, que se puede utilizar para medir velocidades en el espacio. "Para nuestra sorpresa, descubrimos que el gas alrededor del agujero negro se alejaba del centro de la galaxia a 4,7 millones de millas por hora, ", dijo el miembro del equipo Justin Ely de STScI. Esta medición también es un indicador de la velocidad del agujero negro, porque el gas está bloqueado gravitacionalmente al objeto monstruo.
Los astrónomos calcularon que el agujero negro se mueve tan rápido que viajaría de la Tierra a la Luna en tres minutos. Eso es lo suficientemente rápido como para que el agujero negro escape de la galaxia en 20 millones de años y deambule por el universo para siempre.
La imagen del Hubble reveló una pista interesante que ayudó a explicar la ubicación rebelde del agujero negro. La galaxia anfitriona tiene características débiles en forma de arco llamadas colas de marea, producido por un tirón gravitacional entre dos galaxias en colisión. Esta evidencia sugiere una posible unión entre el sistema 3C 186 y otra galaxia, cada uno con central, agujeros negros masivos que pueden haberse fusionado eventualmente.
Basado en esta evidencia visible, junto con el trabajo teórico, los investigadores desarrollaron un escenario para describir cómo el gigantesco agujero negro podría ser expulsado de su hogar central. Según su teoría, dos galaxias se fusionan, y sus agujeros negros se asientan en el centro de la galaxia elíptica recién formada. Mientras los agujeros negros giran uno alrededor del otro, las ondas de gravedad se lanzan como agua de un aspersor de césped. Los objetos pesados se acercan entre sí con el tiempo a medida que irradian energía gravitacional. Si los dos agujeros negros no tienen la misma masa y velocidad de rotación, emiten ondas gravitacionales con más fuerza en una dirección. Cuando los dos agujeros negros chocan, dejan de producir ondas gravitacionales. El agujero negro recién fusionado luego retrocede en la dirección opuesta a las ondas gravitacionales más fuertes y se dispara como un cohete.
Los investigadores tienen la suerte de haber captado este evento único porque no todas las fusiones de agujeros negros producen ondas gravitacionales desequilibradas que impulsan un agujero negro en la dirección opuesta. "Esta asimetría depende de propiedades como la masa y la orientación relativa de los ejes de rotación de los agujeros traseros antes de la fusión, ", dijo el miembro del equipo Colin Norman de STScI y la Universidad Johns Hopkins." Es por eso que estos objetos son tan raros ".
Una explicación alternativa para el cuásar de compensación, aunque poco probable, propone que el objeto brillante no reside dentro de la galaxia. En lugar de, el quásar se encuentra detrás de la galaxia, pero la imagen de Hubble da la ilusión de que está a la misma distancia que la galaxia. Si este fuera el caso, los investigadores deberían haber detectado una galaxia en el fondo que alberga el quásar.
Si la interpretación de los investigadores es correcta, las observaciones pueden proporcionar una fuerte evidencia de que los agujeros negros supermasivos en realidad pueden fusionarse. Los astrónomos tienen evidencia de colisiones de agujeros negros para agujeros negros de masa estelar, pero el proceso que regula los agujeros negros supermasivos es más complejo y no se comprende por completo.
El equipo espera volver a utilizar Hubble, en combinación con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) y otras instalaciones, para medir con mayor precisión la velocidad del agujero negro y su disco de gas, lo que puede dar una mayor comprensión de la naturaleza de este extraño objeto.
