Los astrónomos no tendrán que esperar mucho más para ver por primera vez uno de los tipos de uniones más grandes del cosmos. Nueva investigación publicada el 13 de noviembre en Astronomía de la naturaleza predice que las ondas gravitacionales generadas por la fusión de dos agujeros negros supermasivos se detectarán dentro de 10 años. El estudio es el primero en utilizar datos reales, en lugar de simulaciones por computadora, para predecir cuándo se hará tal observación.

"Las ondas gravitacionales de estas fusiones binarias de agujeros negros supermasivos son las más poderosas del universo, "dice la autora principal del estudio, Chiara Mingarelli, investigador del Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. "Eclipsan absolutamente las fusiones de agujeros negros detectadas por LIGO, "o el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, que detectó por primera vez ondas gravitacionales de la colisión de agujeros negros en febrero de 2016.

La detección de una fusión de agujeros negros supermasivos ofrecería nuevos conocimientos sobre cómo evolucionan las galaxias masivas y los agujeros negros. Dice Mingarelli. La falta de tal avistamiento dentro del plazo de 10 años, por otra parte, sería necesario repensar si los agujeros negros supermasivos se fusionan y cómo, ella dice.

Los agujeros negros supermasivos viven en el corazón de grandes galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea, y puede ser millones o incluso miles de millones de veces la masa del sol. Para comparacion, los agujeros negros fusionados detectados hasta ahora por los detectores de ondas gravitacionales han tenido solo unas pocas docenas de veces la masa del sol.

Cuando dos galaxias chocan y se combinan, sus agujeros negros supermasivos se desplazan hacia el centro de la galaxia recién unificada. Los científicos predicen que los agujeros negros supermasivos se cerrarán y fusionarán con el tiempo. Esa reunión produce intensas ondas gravitacionales que recorren el tejido del espacio y el tiempo.

Mientras esas ondas gravitacionales son fuertes, se encuentran fuera de las longitudes de onda actualmente observables por experimentos en curso como LIGO y Virgo. La nueva búsqueda de ondas gravitacionales formadas por la fusión de agujeros negros supermasivos aprovechará en cambio estrellas llamadas púlsares que actúan como metrónomos cósmicos. Las estrellas que giran rápidamente envían un ritmo constante de pulsos de ondas de radio. A medida que las ondas gravitacionales que pasan estiran y comprimen el espacio entre la Tierra y el púlsar, el ritmo cambia ligeramente. Luego, esos cambios son monitoreados por proyectos de observación de púlsares en la Tierra.

Actualmente, tres proyectos leen la sincronización de las ondas de radio que llegan de púlsares cercanos:el Parkes Pulsar Timing Array en Australia, Observatorio de Nanohercios de América del Norte para ondas gravitacionales y la matriz de temporización europea Pulsar. Juntos, el trío forma el International Pulsar Timing Array.

Mingarelli y sus colegas estimaron cuánto tiempo tomarán esos proyectos para detectar su primera fusión de agujeros negros supermasivos. El equipo catalogó galaxias cercanas que pueden albergar pares de agujeros negros supermasivos. Luego, los investigadores combinaron esa información con un mapa de púlsares cercanos para encontrar, por primera vez, la probabilidad de una detección definitiva a lo largo del tiempo.

"Si se tienen en cuenta las posiciones de los púlsares en el cielo, básicamente tienes un 100% de posibilidades de detectar algo en 10 años, "Dice Mingarelli." La conclusión es que está garantizado que seleccionará al menos un binario local de agujero negro supermasivo ".

Una sorpresa de los resultados fue qué galaxias es más probable que ofrezcan el primer vistazo de la fusión de un agujero negro supermasivo. Las galaxias más grandes significan agujeros negros más grandes y, por lo tanto, ondas gravitacionales más fuertes. Pero los agujeros negros más grandes también se fusionan más rápido, reduciendo la ventana durante la cual se pueden detectar ondas gravitacionales. Una fusión de agujeros negros en una galaxia masiva como M87 produciría ondas gravitacionales detectables durante 4 millones de años, por ejemplo, mientras que una galaxia más modesta como la Galaxia Sombrero ofrecería una ventana de 160 millones de años.

Una detección exitosa daría a los astrofísicos una mejor comprensión de la astrofísica en el corazón de las fusiones de galaxias. Mingarelli dice:y proporcionar una nueva vía para estudiar la física fundamental a la que no se puede acceder por ningún otro medio. El número de binarios de agujeros negros supermasivos individuales que se ven también ofrece una medida de la frecuencia con la que se fusionan las galaxias. que es una medida importante de cómo evolucionó el universo a lo largo del tiempo.

Si no se ve una fusión de agujeros negros supermasivos, podría deberse a que los agujeros negros se estancan a unos tres años luz (o un parsec) de separación. Este acertijo se conoce como el problema final de Parsec. Los dos agujeros negros se cierran gradualmente con el tiempo a medida que sus órbitas se degradan a medida que se pierde energía generando ondas gravitacionales. pero el proceso puede llevar más tiempo que la edad actual del universo.

En cuanto a si los astrónomos detectarán una fusión de agujeros negros supermasivos, "será interesante de cualquier manera, "Dice Mingarelli.