28.000 millones de soles: la mayor pareja de agujeros negros vista hasta ahora

Ahora, en un artículo recién publicado en 'The Astrophysical Journal', un equipo internacional de astrónomos acaba de presentar nuevos y valiosos datos sobre la cuestión.

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José Manuel Nieves

A más de 13.000 millones de años luz de distancia, es el más lejano descubierto hasta ahora. El nuevo objeto está a solo 400 millones de años luz del origen del universo

Usando el telescopio Gemini Norte, en Hawái (la 'otra mitad' del Observatorio Gemini, el telescopio Gemini Sur, se encuentra en Chile) los investigadores analizaron a fondo una de estas 'parejas' de agujeros negros supermasivos en el centro de la galaxia elíptica B2 0402+379, la única observada hasta ahora con el suficiente detalle como para ver a los dos objetos por separado. Además, este par binario ostenta el récord de tener la separación (entre ambos agujeros negros) más pequeña jamás medida directamente: apenas 24 años luz. Y si bien es cierto que esta pequeña separación parece la fase previa de una poderosa fusión, estudios posteriores han revelado que la pareja ha permanecido así, estancada a esa misma distancia, durante más de tres mil millones de años. ¿Cómo puede ser esto posible?

Para comprender mejor la dinámica de este sistema y los motivos de que la fusión haya quedado paralizada, el equipo examinó datos de archivo del espectrógrafo multiobjeto Gemini (GMOS) del telescopio Gemini Norte, lo que permitió a los investigadores determinar la velocidad de las estrellas en las proximidades de ambos agujeros negros. «La excelente sensibilidad de GMOS - explica Roger Romani, de la Universidad de Stanford y coautor del artículo- nos permitió mapear las velocidades crecientes de las estrellas a medida que miramos más cerca del centro de la galaxia. Con eso, pudimos inferir la masa total de los agujeros negros que residen allí».

El equipo estima que la masa combinada de los dos agujeros negros es nada menos que 28 mil millones de veces la del Sol, lo que califica al par como el agujero negro binario más pesado medido hasta ahora. Esta enorme masa no solo brinda un contexto valioso para estudiar la formación del sistema binario y la historia de su galaxia anfitriona, sino que también respalda la vieja teoría de que la masa de un agujero negro binario supermasivo juega un papel clave a la hora de detener una posible fusión.

«El archivo de datos que sirve al Observatorio Internacional Gemini contiene una mina de oro de descubrimientos científicos sin explotar -dice por su parte Martin Still, director del programa para el Observatorio Internacional Gemini-. Las mediciones de masa de este agujero negro binario supermasivo extremo son un ejemplo impresionante del impacto potencial de una nueva investigación que explora ese rico archivo».

Comprender cómo se formó este par binario puede ayudar a predecir si finalmente se fusionará y, si es así, cuándo es más probable que lo haga. Las pistas, por ahora, apuntan a que el par se formó a través de múltiples fusiones de galaxias. De hecho, B2 0402+379 es un 'cúmulo fósil', lo que significa que es el resultado de la fusión de estrellas y gas de un cúmulo de galaxias completo en una sola galaxia masiva. Además, la presencia de dos agujeros negros supermasivos, junto con su gran masa combinada, sugiere que fueron el resultado de la fusión de múltiples agujeros negros más pequeños procedentes de las varias galaxias del cúmulo original.

Tras una fusión galáctica, los agujeros negros supermasivos no suelen chocar frontalmente. En vez de eso, dan comienzo a una 'danza gravitatoria' en la que comienzan a sobrepasarse el uno al otro mientras se asientan en una órbita mútua. Con cada paso que realizan, se transfiere energía desde los agujeros negros a las estrellas circundantes. A medida que pierden energía, los dos miembros de la pareja son arrastrados cada vez más cerca hasta que están a sólo unos pocos años luz de distancia, donde la radiación gravitacional toma el control y se fusionan. Este proceso se ha observado directamente en pares de agujeros negros de masa estelar (el primer caso registrado fue en 2015 mediante la detección de ondas gravitacionales), pero nunca en un binario de agujeros negros supermasivos.

Gracias a los nuevos conocimientos sobre la masa extremadamente grande del sistema, el equipo concluyó que se habría necesitado un número excepcionalmente grande de estrellas para ralentizar la órbita del binario lo suficiente como para acercarlo tanto. En el proceso, los agujeros negros parecen haber arrojado casi toda la materia en su vecindad, dejando el núcleo de la galaxia privado de estrellas y gas. Sin más material disponible para frenar aún más la órbita de la pareja, su fusión se ha estancado en sus etapas finales.

«Normalmente -dice Romani- parece que las galaxias con pares de agujeros negros más claros tienen suficientes estrellas y masa para unirlos rápidamente. Y dado que este par es tan pesado, se necesitaron muchas estrellas y gas para realizar el trabajo. Pero el binario ha barrido la galaxia central de tal materia, dejándola estancada y accesible para nuestro estudio».

Aún está por determinar si la pareja superará su estancamiento y eventualmente se fusionará en escalas de tiempo de millones de años, o si por el contrario continuará en su 'limbo orbital' para siempre. Si finalmente se fusionan, las ondas gravitacionales resultantes serían cien millones de veces más poderosas que las producidas por la fusión de agujeros negros de masas estelares. Es posible que la pareja pueda superar esa distancia final que los separa a través de otra fusión de galaxias, lo que inyectaría al sistema material adicional, aunque otra posibilidad es que entrara en la exuación un tercer agujero negro que ralentizara la órbita de la pareja lo suficiente como para que se fusionen. Sin embargo, dado el estatus de B2 0402+379 como cúmulo fósil, es poco probable que se produzca otra fusión galáctica.

«Esperamos realizar investigaciones de seguimiento del núcleo de B2 0402+379 -dice por su parte Tirth Surti, de la Universidad de Stanford y autor principal del artículo-, donde veremos cuánto gas está presente. Esto debería darnos más información sobre si los agujeros negros supermasivos pueden eventualmente fusionarse o si permanecerán varados como binarios».