Los astrónomos han descubierto una colisión cósmica a la espera de ocurrir en un objeto gigante solo 3 mil millones de años después del Big Bang.
Una galaxia llamada J0749+2255 en realidad consta de dos galaxias que se fusionan en una, y no tiene uno sino dos agujeros negros supermasivos que se alimentan activamente. Da la casualidad de que estos dos agujeros negros están en curso de colisión, separados por una distancia relativamente pequeña de solo 10,000 años luz.
No es la primera vez que vemos una colisión inminente de un agujero negro supermasivo, pero J0749+2255 es una joya rara. Se ha visto temprano en el Universo, y ambos agujeros negros son cuásares extremadamente activos.
Es un descubrimiento que puede ayudar a los científicos a trabajar en el enigma en curso y desconcertante de cómo los agujeros negros supermasivos crecen a tamaños tan tremendos.
“No vemos muchos cuásares dobles en este momento temprano en el Universo. Y es por eso que este descubrimiento es tan emocionante”. dice astrónomo Yu-Ching Chen de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Los cuásares se encuentran entre los objetos más brillantes del Universo. Contienen un núcleo galáctico activo: el centro de una galaxia que alberga un agujero negro supermasivo que está tragando activamente grandes cantidades de material.
Los agujeros negros no emiten luz propia que podamos detectar actualmente. La enorme cantidad de material que se arremolina alrededor del agujero negro se calienta por la extrema fricción y la gravedad, de modo que no solo brilla, sino que arde a través de los vastos abismos oscuros del tiempo y el espacio.
Muchas galaxias del Universo primitivo son galaxias cuásares, y algunas en el Universo cercano tienen dos o incluso tres cuásares en su centro. Esto ocurre cuando las galaxias chocan y se fusionan, cada una con su propio agujero negro supermasivo. Los dos agujeros negros caen uno hacia el otro, eventualmente, creemos, fusionándose para formar un agujero negro supermasivo muy grande.
Pero estas fusiones son un poco más difíciles de detectar en el Universo primitivo. La luz de J0749+2255 ha viajado más de 10 mil millones de años para llegar hasta nosotros; lo que vemos de la galaxia es bastante pequeño y tenue en comparación con lo que está mucho más cerca de nosotros. A esa distancia, el espacio entre los agujeros negros supermasivos que están unidos por la gravedad suele ser demasiado pequeño para que lo vean nuestros instrumentos actuales.
Una leve variación en la luz de J0749+2255 detectada por el telescopio Gaia sugirió que podría haber algo más en la galaxia de lo que parecía inmediatamente… pero había múltiples causas posibles, de las cuales el doble cuásar era una. El equipo tuvo que cavar mucho más profundo para descubrir qué estaba sucediendo realmente.
“El proceso de confirmación no fue fácil, y necesitábamos una serie de telescopios que cubrieran el espectro desde los rayos X hasta la radio para finalmente confirmar que este sistema es de hecho un par de cuásares, en lugar de, digamos, dos imágenes de un lente gravitacional”. quásar,” dice astrónomo Yue Shen de la Universidad de Illinois.
Y J0749+2255 es especial. Dado que ambos agujeros negros son cuásares, brillan lo suficiente como para poder distinguirlos. Y todavía no están lo suficientemente cerca como para ser un binario ligado gravitacionalmente, lo que significa que tienen suficiente separación para una resolución individual.
Usando observaciones de una gran cantidad de telescopios terrestres y espaciales, Chen y sus colegas analizaron la luz de J0749+2255. Determinaron que los dos agujeros negros probablemente se convertirán en un binario estrecho ligado gravitacionalmente en alrededor de 220 millones de años más o menos. La órbita en descomposición de este binario eventualmente conducirá a una colisión y fusión en un agujero negro aún más masivo.
(Probablemente ya hayan colisionado, pero ese evento no tiene sentido para nosotros aquí y ahora; es por eso que los astrónomos hacen tales predicciones en tiempo presente).
Los investigadores también encontraron que los dos agujeros negros son chonkers relativos, registrando alrededor de 1260 millones de masas solares y 1580 millones de masas solares, respectivamente. Estos hallazgos podrían comenzar a decirnos algo sobre la tasa de agujeros negros supermasivos binarios en el Universo primitivo, lo que ayudaría a los astrónomos a comprender la evolución de los agujeros negros recientes que pueden tener un tamaño de miles de millones de masas solares.
Todavía hay mucho más por descubrir, pero J0749+2255 representa un importante paso adelante.
“Estamos comenzando a revelar esta punta del iceberg de la población de cuásares binarios primitivos”. dice el astrónomo Xin Liu de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
“Esta es la singularidad de este estudio. En realidad, nos dice que esta población existe, y ahora tenemos un método para identificar cuásares dobles que están separados por menos del tamaño de una sola galaxia”.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.