Una danza de la muerte tiene lugar en el corazón de una galaxia en el Universo distante.
A unos 10.000 millones de años luz de distancia, dos agujeros negros supermasivos están bloqueados en una órbita tan apretada que colisionarán entre sí y formarán un agujero negro mucho más grande en el tiempo relativamente corto de solo 10.000 años.
Eso equivale a una distancia orbital de solo 0,03 años luz, alrededor de 50 veces la distancia promedio entre el Sol y Plutón. Sin embargo, se mueven tan rápido que los dos objetos tardan solo dos años terrestres en completar una órbita binaria, en comparación con los 248 años de Plutón.
Hay múltiples razones por las que los binarios de agujeros negros supermasivos son de interés para los astrónomos.
Los agujeros negros supermasivos se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias, los núcleos alrededor de los cuales gira todo lo demás. Cuando dos se encuentran juntos, indica que dos galaxias se han unido.
Sabemos que ocurre este proceso, por lo que encontrar un binario de agujero negro supermasivo puede decirnos cómo se ve en las etapas finales.
Los binarios de agujeros negros supermasivos también pueden decirnos algo sobre cómo estos objetos colosales, de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, pueden volverse tan increíblemente masivos.
Las fusiones de agujeros negros binarios son una forma en que puede ocurrir este crecimiento. Encontrar agujeros negros supermasivos binarios nos ayudará a comprender si es un camino común para este crecimiento, y eso podría conducir a un modelado más preciso.
El objeto en cuestión es un cuásar, llamado PKS 2131-021. Estas son galaxias en las que el núcleo galáctico está activo; es decir, el agujero negro supermasivo está acumulando materia a un ritmo vertiginoso, ardiendo con el calor generado por la fricción y la gravedad en el material que se mueve alrededor del núcleo.
Algunos cuásares lanzan chorros de plasma casi a la velocidad de la luz desde las regiones polares del agujero negro, canalizados y acelerados por líneas de campo magnético alrededor del exterior del objeto. PKS 2131 es un cuásar que lanza un chorro en dirección a la Tierra, lo que lo convierte en lo que llamamos un blazar.
Un equipo de astrónomos que estudiaba las variaciones de brillo en los cuásares notó algo extraño en el haz del blazar PKS 2131 en frecuencias de radio y encontró la misma firma en los datos recopilados en 2008. Parecía oscilar en escalas de tiempo regulares, su brillo fluctúa con una onda sinusoidal casi perfecta. patrón nunca antes visto en un cuásar.
“PKS 2131 variaba no solo periódicamente, sino también sinusoidalmente”. astrónomo Tony Readhead de Caltech dijo. “Eso significa que hay un patrón que podemos rastrear continuamente a lo largo del tiempo”.
El rastro pareció terminar cuando solo se encontraron dos picos más en los datos de archivo, uno en 2005 y otro en 1981. Pero luego, en 2021, el proyecto despertó el interés de la astrónoma Sandra O’Neill de Caltech. Ella y un equipo de investigadores revisaron los archivos de datos para ver qué tan atrás en el tiempo podían rastrear este extraño patrón.
Golpearon el paydirt. En los datos del Observatorio Haystack realizados entre 1975 y 1983, surgió más del patrón, en consonancia con el momento del resto de las observaciones.
“Cuando nos dimos cuenta de que los picos y valles de la curva de luz detectados recientemente coincidían con los picos y valles observados entre 1975 y 1983, supimos que algo muy especial estaba pasando”. O’Neill dijo.
Según el análisis del equipo, el ‘tictac’ regular de la señal es generado por el movimiento orbital de los dos agujeros negros. A medida que giran uno alrededor del otro en escalas de tiempo de dos años, la luz de radio se atenúa y se vuelve más brillante debido al movimiento orbital del chorro, lo que provoca un cambio Doppler que aumenta la luz cuando el agujero negro se mueve hacia nosotros.
Los datos de archivo muestran que esta onda sinusoidal se puede observar constantemente durante ocho años desde 1976, después de lo cual desapareció durante 20 años. Esto probablemente se debió a un cambio o interrupción en el suministro de material que ingresa al agujero negro supermasivo. Después de 20 años, el patrón resurgió y ha continuado desde entonces, hace unos 17 años, dijeron los investigadores.
Otro sistema similar, DO 287, sugiere que la interpretación es válida. Este blazar tiene dos agujeros negros supermasivos cercanos que orbitan entre sí cada 12 años, con una separación de un tercio de un año luz. También muestra fluctuaciones en el brillo de la radio, aunque de manera más irregular y sin la forma de onda sinusoidal.
Aunque no estaremos para ver la eventual fusión de los agujeros negros supermasivos en PKS 2131, podrían mostrarnos cómo buscar sistemas similares. A su vez, esto podría acercarnos a comprender cómo se producen estas colosales colisiones.
La investigación ha sido publicada en Las cartas del diario astrofísico.