Se ha descubierto una galaxia a unos 750 millones de años luz de distancia que alberga el par de agujeros negros supermasivos más grandes que jamás hayamos visto.
Los dos tienen una masa combinada de 28 mil millones de veces la masa del Sol. Si bien es cierto que hay agujeros negros individuales que superan esa masa, el par, que acecha en una galaxia llamada B2 0402+379, representa el binario de agujeros negros más grueso que hemos encontrado.
Y exhiben varias propiedades peculiares que están ayudando a los astrónomos a descubrir qué le sucede a esta gigantesca cuando se juntan.
El crecimiento de los agujeros negros hasta tamaños supermasivos es un proceso misterioso cuyos caprichos se desconocen con certeza.
Los pequeños agujeros negros se forman a partir de los núcleos colapsados de estrellas masivas que han consumido su combustible atómico y ya no pueden brillar. Estos agujeros negros de masa estelar pueden crecer colisionando entre sí para producir objetos demasiado masivos para formarse a través de la vía del colapso del núcleo.
Tiene que haber algún método mediante el cual los agujeros negros puedan crecer hasta alcanzar proporciones supermasivas: de millones a miles de millones de veces la masa del Sol. Parece razonable suponer que, si los agujeros negros pequeños pueden colisionar y fusionarse, los grandes también deberían poder hacerlo, una serie de fusiones jerárquicas que eventualmente producirán los agujeros negros gigantes que se encuentran en el corazón de cada galaxia.
Pero, según la teoría, existe un problema potencial. Los agujeros negros en binarios se acercan más entre sí al perder su impulso orbital, transfiriéndolo a estrellas de gas cercanas que se disparan hacia lugares desconocidos y perdiéndolo en forma de ondas gravitacionales.
A medida que la distancia orbital se reduce, también lo hace la región del espacio a la que pueden arrojar su energía. A una distancia de alrededor de un parsec, o 3,2 años luz, ya no hay suficiente espacio para liberar más impulso, por lo que la desintegración orbital se detiene y se estabiliza. Esto se conoce como el problema final de pársec.
B2 0402+379 podría, según un equipo dirigido por el astrofísico Tirth Surti de la Universidad de Stanford, ser un excelente ejemplo del problema del pársec final en acción.
Los investigadores realizaron un estudio cuidadoso de los datos de archivo recopilados por el espectrógrafo multiobjeto Gemini (OGM) en el telescopio Gemini Norte, y realizó un nuevo análisis que calcula las propiedades y el comportamiento de los dos agujeros negros incrustados en el centro de B2 0402+379.
Sus resultados nos dan la masa del binario (28 mil millones de masas solares) y descubren que la propia galaxia es el “fósil” de un cúmulo de galaxias. B2 0402+379 alguna vez fue un grupo de galaxias colgando; finalmente se fusionaron y se convirtieron en B2 0402+379.
El agujero negro binario supermasivo es lo que queda del cúmulo de agujeros negros que cayó en el centro galáctico y permaneció allí.
Esos dos agujeros negros están separados por una distancia de 7,3 pársecs, o 24 años luz. Ese no es el parsec final, ni tampoco el binario de agujero negro supermasivo más compacto que hemos visto.
Pero lo que lo hace interesante es que el análisis del equipo indica que la desintegración orbital se ha estancado. Esos agujeros negros han estado separados por esa distancia, en una órbita estable, durante unos 3 millones de años.
El descubrimiento indica que una masa elevada podría desempeñar un papel en el problema final del parsec. El equipo cree que la anterior desintegración orbital del binario expulsó tantas estrellas de su vecindad que simplemente ya no queda ninguna a la que puedan transferir su impulso orbital. Están bastante estancados, por ahora.
“Normalmente parece que las galaxias con pares de agujeros negros más claros tienen suficientes estrellas y masa para unirlos rápidamente”. dice el astrofísico Roger Romani de la Universidad de Stanford.
“Dado que este par es tan pesado, se necesitaron muchas estrellas y gas para realizar el trabajo. Pero el binario ha barrido la galaxia central de dicha materia, dejándola estancada y accesible para nuestro estudio”.
¿Qué pasa ahora? Sabemos que, de alguna manera, los agujeros negros pueden crecer más que la masa combinada del sistema binario, pero estos gigantes ultramasivos parecen ser bastante raros. El binario nuclear de B2 0402+379 parece ser muy estable, sin medios inmediatos para perder impulso orbital.
Podría obtener un impulso en la dirección correcta gracias a la inyección de material que seguiría a otra fusión galáctica, enviando un tercer agujero negro supermasivo al grupo; pero todas las galaxias que formaban el cúmulo inicial ya se han fusionado para formar B2 0402+379, por lo que eso no parece estar en las cartas.
Sin embargo, existe otra posibilidad. Podría haber algún material dentro de la galaxia que podría ayudar a la unión estancada.
“Esperamos realizar investigaciones de seguimiento del núcleo de B2 0402+379, donde veremos cuánto gas hay presente”. Tirth dice. “Esto debería darnos más información sobre si los agujeros negros supermasivos pueden eventualmente fusionarse o si permanecerán varados como binarios”.
La investigación ha sido publicada en La revista astrofísica.