De alguna manera, un monstruoso agujero negro supermasivo ha desaparecido

El Universo está lleno de cúmulos de galaxias, pero Abell 2261 es único en su clase. En la galaxia en el centro del cúmulo, donde debería haber uno de los mayores supermasivos agujeros negros en el Universo, los astrónomos no han podido encontrar ningún rastro de tal objeto.

Y una nueva búsqueda solo ha hecho que la ausencia sea más desconcertante: si el agujero negro supermasivo salió al espacio, debería haber dejado evidencia de su paso. Pero tampoco hay señales de ello en el material que rodea el centro galáctico.

Pero esto significa que se pueden imponer restricciones a lo que está haciendo el agujero negro supermasivo, si está allí, evadiendo la detección.

Los cúmulos de galaxias son las estructuras unidas gravitacionalmente más grandes del Universo. Por lo general, son grupos de cientos a miles de galaxias que están unidas, con una galaxia enorme y anormalmente brillante en el centro o cerca de él, conocida como la galaxia de racimo más brillante (BCG).

Pero incluso entre los BCG, se destaca el BCG de Abell 2261 (llamado, de hecho, A2261-BCG y ubicado a unos 2.700 millones de años luz de distancia). Tiene aproximadamente un millón de años luz de diámetro, hasta 10 veces el tamaño de la Vía Láctea, y tiene un núcleo enorme e hinchado de 10.000 años luz de diámetro, el núcleo galáctico más grande jamás visto.

abell 2166¿Cuál podría ser ??? (NASA; ESA; M. Postman, STScI; T. Lauer, NOAO, Tucson; Equipo CLASH)

Según la masa de la galaxia, que se correlaciona con el tamaño del agujero negro, debería haber una bestia absoluta de un agujero negro en el núcleo, entre 3 y 100 mil millones de veces la masa del Sol, lo que podría convertirlo en uno de los más grandes conocidos. agujeros negros (el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea tiene 4 millones de masas solares).

Pero en lugar de contener la radiación que esperaría de un agujero negro supermasivo activo mientras se agita y sobrecalienta el material a su alrededor, el núcleo de A2261-BCG está lleno de una niebla difusa de luz brillante de las estrellas. Varios instrumentos, incluido el Observatorio de rayos X Chandra, el Very Large Array y el Telescopio espacial Hubble, no han podido encontrar ningún indicio de un agujero negro en el centro de A2261-BCG.

Ahora, un equipo de astrónomos dirigido por Kayhan Gultekin de la Universidad de Michigan en Ann Arbor ha regresado a Chandra para realizar un conjunto de observaciones más profundas, basadas en la hipótesis de que el agujero negro supermasivo fue expulsado.

No es una idea tan descabellada. Se espera que los BCG crezcan cuando se fusionen con otras galaxias. Cuando esto suceda, los agujeros negros supermasivos en el centro de esas galaxias fusionadas también se fusionarían, girando lentamente en espiral uno hacia el otro antes de unirse para convertirse en un agujero negro más grande.

Lo sabemos, ahora, gracias a onda gravitacional astronomía, que la fusión de los agujeros negros supermasivos envían ondas gravitacionales a través del espacio-tiempo. Es posible que, si las ondas gravitacionales fueran más fuertes en una dirección, entonces la retroceso gravitacional podría patear el agujero negro fusionado en la dirección opuesta.

Sería asombroso encontrar pruebas de esto. En primer lugar, aún no se ha detectado el retroceso de la fusión de agujeros negros, lo que significa que todavía es hipotético. Pero tampoco sabemos si los agujeros negros supermasivos realmente pueden fusionarse entre sí.

Según las simulaciones numéricas de fusiones de agujeros negros supermasivos, no pueden. Eso es porque a medida que su órbita se contrae, también lo hace la región del espacio a la que pueden transferir energía. Para cuando los agujeros negros están separados por un parsec (alrededor de 3,2 años luz), teóricamente esta región del espacio ya no es lo suficientemente grande como para soportar una mayor desintegración orbital, por lo que permanecen en una órbita binaria estable, potencialmente durante miles de millones de años. Esto se llama problema final de parsec.

Ha habido varias pistas que sugieren que tal fusión pudo haber tenido lugar en el corazón de A2261-BCG. Para empezar, está el tamaño del núcleo. En 2012, los científicos sugirieron que dos agujeros negros fusionados podrían haber expulsado un montón de estrellas del núcleo, hinchando la región. Esto también explicaría por qué la concentración más densa de estrellas se encontraba a 2.000 años luz del núcleo.

En 2017, los científicos fueron a buscar para una concentración de estrellas de alta densidad que habría quedado atrapada en la gravedad de un objeto tan masivo como el agujero negro supermasivo fusionado cuando salió disparado del centro galáctico. De los tres grupos, se descartaron dos y el tercero no fue concluyente.

etiqueta abell(NASA / CXC, NASA / STScI, NAOJ / Subaru, NSF / NRAO / VLA)

Entonces, Gultekin y su equipo usaron Chandra para ver más de cerca el centro de A2261-BCG, y lo combinaron con datos de archivo para buscar un nivel bajo de actividad de agujero negro supermasivo. La emisión de radio había demostrado previamente que la última actividad de agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia tuvo lugar alrededor Hace 48 millones de años, por lo que el equipo también tuvo mucho cuidado de sondear esa región.

También observaron concentraciones estelares alrededor del núcleo galáctico.

Lo que sí encontró el equipo es que la densidad del gas caliente disminuye a medida que se acerca al centro; por lo que la mayor densidad de gas no se encuentra en el medio del núcleo, sino a su alrededor. Pero ninguno de los sitios que examinaron mostró ninguna evidencia de la radiación X asociada con la actividad del agujero negro.

Dado que los agujeros negros no emiten radiación detectable por sí mismos y, por lo general, solo podemos detectarlos cuando se están alimentando, es posible que haya un agujero negro en el centro de A2261-BCG. Si lo hay, está inactivo o está acumulando materia demasiado lentamente para que nuestros instrumentos actuales lo detecten.

La otra explicación es que el agujero negro ha sido pateado mucho más lejos de lo que estábamos buscando. Instrumentos más sensibles en el futuro podrían ayudar a responder esta fascinante pregunta.

La investigación ha sido aceptada por AAS Journals y está disponible en arXiv.

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