Datos del telescopio Gemini Norte entregan una
posible explicación a la fusión estancada del agujero
negro binario supermasivo
Usando datos de archivo del telescopio Gemini Norte, un equipo de astrónomos midió
un par de agujero negros supermasivos, los más pesados jamás encontrados. La fusión
de estos agujeros negros supermasivos es un fenómeno que se predice desde hace
mucho tiempo, aunque nunca se ha observado. Este par masivo nos entrega pistas de
por qué un evento como este es tan improbable en el Universo.
Casi todas las galaxias masivas albergan un agujero negro supermasivo en su centro. Cuando
dos galaxias se fusionan, sus agujeros negros pueden formar un par binario, lo que significa
que poseen una órbita ligada entre sí. La hipótesis es que el destino de estos binarios es
eventualmente fusionarse, pero esto nunca se ha observado. La pregunta de si un evento
como éste es posible ha sido un tema de discusión entre los astrónomos por décadas. En un
artículo científico publicado recientemente en The Astrophysical Journal, un equipo de
astrónomos han presentado nuevos conocimientos sobre esta pregunta.
El equipo utilizó datos del telescopio Gemini Norte , parte del Observatorio Internacional
Gemini , operado por NOIRLab de NSF y este último financiado por la Fundación Nacional de
Ciencias de EE.UU, para analizar un agujero negro supermasivo binario ubicado en la galaxia
elíptica B2 0402+379 . Este es el único agujero negro supermasivo binario que se ha resuelto
con suficiente detalle para ver a ambos objetos por separado [2] y posee el récord de tener la
separación más pequeña jamás medida directamente —solamente 24 años luz [3] . Aunque
esta estrecha separación predice una gran fusión, estudios posteriores revelan que el par se
ha estancado en esta distancia por más de 3 mil millones de años, por lo que surge la
pregunta: ¿qué los retiene?
Para entender mejor las dinámicas de este sistema y su estancada fusión, el equipo examinó
los datos de archivo del Espectrógrafo de Objetos Múltiples de Gemini (GMOS por sus siglas en
inglés), que les permitió determinar la velocidad de las estrellas en las proximidades de los
agujeros negros. “La excelente sensibilidad de GMOS nos permitió mapear las velocidades
crecientes de las estrellas a medida que se acercaban al centro de la galaxia” señaló Roger
Romani, profesor de física de la Universidad de Stanford y coautor del artículo científico. “Con
eso, fuimos capaces de inferir la masa total de los agujeros negros que residen allí”.
El equipo estima que la masa del binario es nada menos que 28 mil millones de veces la del
Sol, calificando a este par como el agujero negro binario más pesado jamás medido. Esta
medición no sólo otorga un contexto valioso para la formación del sistema binario y la historia
de su galaxia anfitriona, sino que apoya a la teoría de larga data que la masa de un agujero
negro supermasivo binario juega un rol clave en demorar su potencial fusión [4] .
“El archivo de datos que sirve al Observatorio Internacional Gemini contiene una mina de oro de
material científico para descubrimientos”, dijo Martin Still, Director de Programa de NSF para el
Observatorio Internacional Gemini. “Las mediciones de masa para este agujero negro
supermasivo binario extremo son un ejemplo inspirador del potencial impacto de nuevas
investigaciones que exploren ese gran archivo.»
Comprender cómo se formó este binario puede ayudar a predecir si se fusionará y cuándo-
una serie de pistas apuntan a que el par se formará a través de varias fusiones de galaxias . Lo
primero es que B2 0402+379 es un cúmulo fósil, lo que significa que es el resultado de
un cúmulo de galaxias con estrellas y gases que se fusionan en una sola galaxia masiva.
Además, la presencia de estos agujeros negros supermasivos, seguido de una gran
combinación de su masa, sugiere que estas resultaron de una amalgamación de múltiples
agujeros negros pequeños de múltiples galaxias.
Luego de una fusión galáctica, los agujeros negros supermasivos no colisionan frontalmente.
En lugar de eso, comienzan a deslizarse uno junto al otro hasta que se asientan en una órbita
ligada entre sí. Con cada pasada que hacen, se transfiere energía de los agujeros negros a las
estrellas circundantes. A medida que pierden energía, la pareja se arrastra cada vez más cerca
hasta que estén sólo a años luz de distancia, donde la radiación gravitacional toma el control y
se fusionan. Este proceso ha sido directamente observado en pares de agujeros negros
estelares masivos (el primer caso fue captado en 2015 mediante la detección de ondas
gravitacionales) pero nunca en un binario de esta variedad supermasiva.
Con el nuevo conocimiento sobre la masa excepcionalmente grande de este sistema, el equipo
concluyó que se habrían necesitado un grupo excepcionalmente grande de estrellas para
ralentizar la órbita del binario lo suficiente para acercarlos tanto. En el proceso, los agujeros
negros parecen haber tirado casi toda la materia en su vecindario, dejando el centro de la
galaxia hambrienta de estrellas y gases. Al no haber más material disponible para frenar la
órbita del par, su fusión se ha estancado en sus últimas etapas.
“Normalmente parece que estas galaxias con pares de agujeros negros más claros tienen suficientes
estrellas y masas para unirlos rápidamente” señaló Romani. “Como este par es muy pesado, se
requieren muchas estrellas y gases para terminar el trabajo. Pero el par binario ha despejado el
centro de la galaxia en ese aspecto, dejándola estancada y accesible para nuestro estudio”.
Aún está por determinar si el par supera ese estancamiento y eventualmente se fusiona en
una escala de tiempo de millones de años, o continúa en un limbo orbital eternamente. Si se
fusionan, las ondas gravitacionales resultantes serían de alrededor de cien millones de veces
más poderosas que las producidas por la fusión de agujeros negros con masas estelares. Es
posible que la pareja pueda conquistar esa distancia final con otra fusión de galaxia, lo que
inyectaría al sistema material adicional, o potencialmente un tercer agujero negro, para
ralentizar la órbita del par lo suficiente para fusionarse. Sin embargo, dado que el estatus de
B2 0402+379 es un cúmulo fósil, es poco probable que se produzca otra fusión galáctica.
«Esperamos realizar investigaciones de seguimiento del núcleo de B2 0402+379, donde veremos
cuánto gas hay presente», señala Tirth Surti, estudiante de pregrado de Stanford y autor
principal del artículo científico. «Esto debería darnos más información sobre si los agujeros negros
supermasivos pueden eventualmente fusionarse o si permanecerán varados como binarios».
