Se cree que los agujeros negros supermasivos, los agujeros negros más grandes del Universo, residen en los centros de la mayoría de las galaxias. Cuando las galaxias chocan, sus agujeros negros centrales también se juntan y eventualmente forman un par binario. A medida que estos agujeros negros binarios giran uno hacia el otro, emiten poderosas ondas gravitacionales, ondas en la curvatura del espacio-tiempo. En 2015, el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) detectó las primeras ondas gravitacionales de un par binario de agujeros negros en fusión.
Hasta ahora no se ha entendido bien cómo exactamente los agujeros negros supermasivos forman pares durante las fusiones de galaxias. Un equipo de investigadores del Centro de Astrofísica Computacional (CCA) del Instituto Flatiron de la ciudad de Nueva York llevó a cabo simulaciones numéricas para investigar este problema. Los resultados, publicados en la revista Physical Review Letters, muestran cómo los agujeros negros supermasivos quedan unidos gravitacionalmente durante las caóticas consecuencias de una colisión galáctica.
Los investigadores utilizaron una técnica llamada hidrodinámica de partículas suavizadas para seguir los movimientos complejos del gas y las estrellas que forman las galaxias durante una colisión. Descubrieron que después de que dos galaxias de disco se fusionan, sus agujeros negros supermasivos forman un par binario, incluso cuando los agujeros negros comenzaron relativamente separados. Esto sucede porque las estrellas y el gas de las galaxias actúan como una especie de pegamento que mantiene unidos los agujeros negros a través de sus interacciones gravitacionales.
“Nuestras simulaciones muestran cómo los agujeros negros supermasivos forman pares unidos durante las fusiones de galaxias, lo cual es un paso necesario para que eventualmente se fusionen y emitan ondas gravitacionales. Las observaciones LIGO de ondas gravitacionales procedentes de la fusión de agujeros negros proporcionan información indirecta sobre la dinámica de las fusiones de galaxias”, dijo Volker Springel, miembro de la CCA y profesor de Astrofísica en el Instituto de Estudios Teóricos de Heidelberg.
Las simulaciones muestran que las galaxias con más estrellas y gas son capaces de unir sus agujeros negros supermasivos en pares binarios más compactos que las galaxias menos densas. Las propiedades de los agujeros negros binarios que se producen en estas simulaciones concuerdan con las observaciones de agujeros negros binarios realizadas por LIGO.
Esta investigación proporciona conocimientos importantes sobre la física de las fusiones de galaxias. Estos conocimientos serán cruciales para detectar e interpretar futuras señales de ondas gravitacionales procedentes de la fusión de agujeros negros y para comprender la evolución de las galaxias a lo largo del tiempo.
