Por primera vez, los astrónomos de la Universidad de Nuevo México dicen que han sido capaces de observar y medir el movimiento orbital entre dos agujeros negros supermasivos a cientos de millones de años luz de la tierra, un descubrimiento que duró más de una década de fabricación.
Un falso color VLBA mapa de la radio galaxia 0402 + 379 a 15 GHz. Alberga dos agujeros negros supermasivos en su centro, siendo representado por los discos de acreción con chorros gemelos. Crédito: UNM
El estudiante de posgrado Karishma Bansal del Departamento de física y astronomía de UNM es el primer autor en el documento 'restringiendo la órbita del agujero negro supermasivo binario 0402 + 379',('Constraining the Orbit of the Supermassive Black Hole Binary 0402+379') recientemente publicado en The Astrophysical Journal.
Ella, junto con el profesor Greg Taylor de la UNM y sus colegas en Stanford, el Observatorio Naval de los Estados Unidos y el Observatorio Gemini, han estado estudiando la interacción entre estos agujeros negros durante 12 años.
"Durante mucho tiempo, hemos estado buscando en el espacio para tratar de encontrar un par de estos agujeros negros supermasivos orbitando como resultado de dos galaxias que se fusionan", dijo Taylor.
"A pesar de que hemos teorizado que esto debería estar sucediendo, nadie lo había visto hasta ahora."
A principios del 2016, un equipo internacional de investigadores, incluyendo un alumno de UNM, trabajando en el proyecto LIGO detectó la existencia de ondas gravitacionales, confirmando la predicción de 100 años de edad de Albert Einstein y asombrando a la comunidad científica.
Estas ondas gravitacionales eran el resultado de dos agujeros negros totales estelares (~ 30 masa solar) que chocaban en espacio dentro del tiempo del Hubble.
Ahora, gracias a esta última investigación, los científicos podrán empezar a entender lo que conduce a la fusión de los agujeros negros supermasivos que crea ondas en el tejido del espacio-tiempo y empezar a aprender más acerca de la evolución de las galaxias y el papel que estos agujeros negros juegan en él.
Utilizando el Very Long Baseline Array (VLBA), un sistema compuesto por 10 radiotelescopios a través de los Estados Unidos y operado en Socorro, México, los investigadores han podido observar varias frecuencias de señales de radio emitidas por estos agujeros negros supermasivos (SMBH).
Con el tiempo, los astrónomos han sido esencialmente capaces de trazar su trayectoria y confirmarlos como un sistema binario visual. En otras palabras, han observado estos agujeros negros en órbita el uno con el otro.
"Cuando el Dr. Taylor me dio estos datos yo estaba en el principio de aprender a imaginarlo y entenderlo", dijo Bansal. "Y, como aprendí que había datos que databan del 2003, los trazamos y decidimos que están orbitando entre sí." "Es muy emocionante."
Para Taylor, el descubrimiento es el resultado de más de 20 años de trabajo y una hazaña increíble dada la precisión requerida para sacar estas mediciones.
En aproximadamente 750.000.000 años luz de la tierra, la galaxia llamada 0402 + 379 y los agujeros negros supermasivos dentro de ella, son increíblemente lejanos; pero también están a la distancia perfecta de la Tierra y entre sí para ser observados.
Bansal dice que estos agujeros negros supermasivos tienen una masa combinada de 15.000.000.000 veces el de nuestro sol, o 15.000.000.000 masas solares.
El tamaño increíble de estos agujeros negros significa que su período orbital es alrededor de 24.000 años, así que mientras el equipo los ha estado observando durante más de una década, todavía tienen que ver incluso la más mínima curvatura en su órbita.
"Si te imaginas un caracol en el recién descubierto planeta Tierra-como orbitando Proxima Centauri a 4,243 años luz lejos-moviéndose a 1 centímetro por segundo," ese es el movimiento angular que estamos resolviendo aquí ", dijo Roger W. Romani, profesor de física en la Universidad de Stanford y miembro del equipo de investigación.
"Lo que hemos sido capaces de hacer es un verdadero logro técnico durante este período de 12 años usando el VLBA para lograr la suficiente resolución y precisión en la astrometría para ver realmente la órbita sucediendo", dijo Taylor. "Es un poco de triunfo en la tecnología haber sido capaz de hacer esto."
Mientras que el logro técnico de este descubrimiento es verdaderamente asombroso, Bansal y Taylor dicen que la investigación también podría enseñarnos mucho sobre el universo, de donde vienen las galaxias y hacia dónde van.
"Las órbitas de las estrellas binarias proporcionaron tremendas ideas sobre las estrellas", dijo Bob Zavala, un astrónomo del Observatorio Naval de los Estados Unidos. "Ahora vamos a ser capaces de utilizar técnicas similares para entender los agujeros negros súper masivos y las galaxias que residen dentro."
Seguir observando la órbita y la interacción de estos dos agujeros negros supermasivos también podría ayudarnos a obtener una mejor comprensión de lo que el futuro de nuestra propia Galaxia podría ser.
En este momento, la galaxia de Andrómeda, que también tiene un SMBH en su centro, está en un camino para chocar con nuestra vía Láctea, lo que significa el evento de Bansal y Taylor están observando actualmente, podría ocurrir en nuestra galaxia en unos pocos millones de años.
"Los agujeros negros supermasivos tienen mucha influencia en las estrellas a su alrededor y en el crecimiento y evolución de la galaxia", explicó Taylor.
"Por lo tanto, entender más acerca de ellos y lo que sucede cuando se fusionan entre sí podría ser importante para nuestra comprensión del universo".
Bansal dice que el equipo de investigación tomará otra observación de este sistema en tres o cuatro años para confirmar la moción y obtener una órbita precisa.
Mientras tanto, el equipo espera que este descubrimiento fomente el trabajo relacionado de astrónomos de todo el mundo.