Los astrónomos han visto tres supermasivos agujeros negros (SMBH) en el centro de tres galaxias en colisión a mil millones de años luz de la Tierra. Eso solo es inusual, pero los tres agujeros negros también están brillando en las emisiones de rayos X.
Esto es evidencia de que los tres también son núcleos galácticos activos (AGN, por sus siglas en inglés) que engullen material y brillan intensamente.
Este descubrimiento puede arrojar algo de luz sobre el "problema parsec final", un problema de larga data en astrofísica y calabozo fusiones
Los astrónomos encontraron los tres SMBH en datos de múltiples telescopios, incluido el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), el Observatorio de rayos X Chandra y el Explorador de reconocimiento de infrarrojos de campo amplio (WISE).
Los tres agujeros negros están envueltos en un evento épico casi inimaginable; Una fusión de tres galaxias. Estas fusiones triples pueden desempeñar un papel fundamental en la forma en que los agujeros negros más masivos crecen con el tiempo.
Los astrónomos que lo encontraron no esperaban encontrar tres agujeros negros en el centro de una fusión de triple galaxia.
"Solo buscábamos pares de agujeros negros en ese momento y, sin embargo, a través de nuestra técnica de selección, nos topamos con este increíble sistema", dijo Ryan Pfeifle de la Universidad George Mason en Fairfax, Virginia, el primer autor de un nuevo artículo en El diario astrofísico
"Esta es la evidencia más fuerte que se ha encontrado hasta ahora de un sistema tan triple de alimentación activa de agujeros negros supermasivos".
Los sistemas de triple agujero negro son difíciles de detectar porque están sucediendo muchas cosas en su vecindario. Están envueltos en gas y polvo, lo que hace que sea difícil verlos. En este estudio, se necesitaron varios telescopios que operan en diferentes partes del espectro electromagnético para descubrir los tres agujeros. También tomó el trabajo de algunos científicos ciudadanos.
No solo son difíciles de detectar, sino raros.
"Los agujeros negros dobles y triples son extremadamente raros", dijo el coautor Shobita Satyapal, también de George Mason, "pero tales sistemas son en realidad una consecuencia natural de las fusiones de galaxias, que creemos que es cómo las galaxias crecen y evolucionan".
(Hubble / Pfeifle et. Alabama., arXiv, 2019)
El SDSS fue el primero en detectar esta triple fusión en luz visible, pero fue solo a través de Galaxy Zoo
Entonces WISE vio que el sistema brillaba en el infrarrojo, lo que indica que estaba en una fase de fusión de galaxias cuando se esperaba que más de uno de los agujeros negros se alimentara.
Sin embargo, los datos de Sloan y WISE solo eran pistas tentadoras, y los astrónomos recurrieron al Observatorio Chandra y al Gran Telescopio Binocular (LBT) para obtener más confirmación. Las observaciones de Chandra mostraron que había fuentes de rayos X brillantes en el centro de cada galaxia. Ahí es exactamente donde los científicos esperan encontrar SMBH.
Más pruebas que muestran que SMBH estaban allí llegaron de Chandra y de la NASA Conjunto de telescopios espectroscópicos nucleares (NuSTAR) satélite. Encontraron evidencia de grandes cantidades de gas y polvo cerca de uno de los agujeros negros.
Eso se espera cuando los agujeros negros se están fusionando. Otros datos de luz óptica del SDSS y el LBT proporcionaron evidencia espectral que es característica de la alimentación de los tres SMBH.
(NASA / CXC / NGST)
"Los espectros ópticos contienen una gran cantidad de información sobre una galaxia", dijo la coautora Christina Manzano-King de la Universidad de California, Riverside. "Se utilizan comúnmente para identificar agujeros negros supermasivos que se acumulan activamente y pueden reflejar el impacto que tienen en las galaxias que habitan".
Con este trabajo, el equipo de astrónomos ha desarrollado una forma de encontrar más de estos sistemas de triple agujero negro.
"Mediante el uso de estos importantes observatorios, hemos identificado una nueva forma de identificar agujeros negros supermasivos triples. Cada telescopio nos da una pista diferente sobre lo que está sucediendo en estos sistemas", dijo Pfeifle. "Esperamos extender nuestro trabajo para encontrar más triples usando la misma técnica".
También pueden haber arrojado algo de luz sobre el problema final de parsec.
El problema final de Parsec
El problema final de parsec es fundamental para nuestra comprensión de las fusiones binarias de agujeros negros. Es un problema teórico que dice que cuando dos agujeros negros se acercan entre sí, su energía orbital excesiva les impide fusionarse. Pueden llegar en unos pocos años luz, luego el proceso de fusión se detiene.
Cuando dos agujeros negros se acercan inicialmente entre sí, sus trayectorias hiperbólicas los llevan uno al lado del otro. Con el tiempo, a medida que los dos agujeros interactúan con las estrellas cercanas, lanzan hondas a las estrellas gravitacionalmente, transfiriendo parte de su energía orbital a una estrella cada vez que lo hacen. La emisión de ondas gravitacionales También disminuye la energía de los agujeros negros.
Finalmente, los dos agujeros negros arrojan suficiente energía orbital para reducir la velocidad y acercarse entre sí más de cerca, y se encuentran dentro de unos pocos parsecs el uno del otro.
El problema es que, a medida que se acercan a la distancia, cada vez se expulsa más materia de sus proximidades a través de la honda. Eso significa que no hay más materia para que los agujeros negros interactúen y arrojen más energía orbital. En ese punto, el proceso de fusión se detiene. O debería.
Sin embargo, los astrofísicos saben que los agujeros negros se fusionan porque han sido testigos de las poderosas ondas gravitacionales. De hecho, LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) está descubriendo una fusión de agujeros negros sobre una vez por semana. La forma en que se fusionan entre sí al final se llama el problema final de parsec.
El equipo detrás de este estudio cree que podrían tener una respuesta. Piensan que un tercer agujero negro, como lo han observado en este sistema, podría proporcionar el impulso necesario para fusionar dos agujeros.
A medida que un par de agujeros negros en un sistema trinario se acercan entre sí, el tercer agujero podría influir en ellos para cerrar el parsec final y fusionarse.
Según las simulaciones por computadora, aproximadamente el 16% de los pares de agujeros negros supermasivos en galaxias en colisión habrán interactuado con un tercer agujero negro supermasivo antes de fusionarse.
Esas fusiones producirían ondas gravitacionales, pero el problema es que esas ondas serían de baja frecuencia para LIGO o el VIRGO observatorio para detectar.
(ESA / NASA / LISA)
Para detectarlos, los científicos pueden tener que depender de futuros observatorios como LISA, ESA / NASA Antena espacial de interferómetro láser. LISA observará ondas gravitacionales de menor frecuencia que LIGO o VIRGO y está mejor equipado para encontrar la fusión de agujeros negros supermasivos.
El documento que presenta estos resultados se titula "Un triple AGN en una fusión de galaxias de etapa tardía seleccionada en el infrarrojo medio".
Este artículo fue publicado originalmente por Universo hoy. Lee el original artículo.