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Equipo científico de ALMA detecta pareja de agujeros negros cenando juntos en galaxias cercanas en colisión 

Mientras estudiaban una dupla de galaxias en colisión cercanas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) —un observatorio internacional coadministrado por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO, en su sigla en inglés) de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos—, un equipo científico descubrió dos agujeros negros supermasivos creciendo juntos cerca del centro de la nueva galaxia en ciernes. Es la primera vez que se observa en longitudes de onda múltiples a dos mastodontes hambrientos como estos tan cerca el uno del otro. El estudio también reveló que los agujeros negros binarios y las galaxias en colisión que los originan pueden ser fenómenos sorprendentemente comunes en el Universo. Los resultados de esta investigación se publicaron hoy en la revista The Astrophysical Journal Letters se presentaron durante una conferencia de prensa en la asamblea n.o 241 de la Sociedad Astronómica de Estados Unidos (AAS, en su sigla en inglés) en Seattle (Washington, Estados Unidos).

UGC4211, ubicada a solo 500 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Cáncer, es una candidata ideal para estudiar las etapas finales de las fusiones de galaxias, que suelen ocurrir con mayor frecuencia en el Universo distante y, por consiguiente, pueden ser difíciles de observar. Al usar los receptores de 1,3 mm altamente sensibles de ALMA para observar las profundidades de sus núcleos galácticos activos (áreas compactas y sumamente luminosas de las galaxias generadas por la acreción de materia alrededor de los agujeros negros centrales), el equipo científico descubrió no uno sino dos agujeros negros que devoraban frenéticamente los subproductos de la fusión. Y para su sorpresa, ambos estaban dándose el festín muy cerca el uno del otro: a tan solo 750 años luz de distancia.

“De las simulaciones se había desprendido que la mayoría de los agujeros negros binarios de las galaxias cercanas debían ser objetos inactivos, como suele suceder, en vez de agujeros negros en pleno crecimiento como los que observamos”, señala Michael Koss, investigador sénior de Eureka Scientific y autor principal del estudio. 

Michael Koss agregó que ALMA resultó ser una herramienta revolucionaria y que observar dos agujeros negros tan cerca el uno del otro en el Universo cercano podría allanar el camino hacia nuevos estudios sobre este sorprendente fenómeno. “ALMA es un instrumento único por ser capaz de observar a través de grandes nubes de polvo y gas y alcanzar una resolución espacial muy alta al observar objetos que se encuentran cerca unos de otros. Hemos identificado a una de las parejas de agujeros negros más estrecha que conozcamos en una galaxia en colisión, y como sabemos que estas fusiones galácticas son mucho más comunes en el Universo distante, podemos suponer que estos agujeros negros binarios también podrían ser mucho más comunes de lo que se creía”. 

Si estas parejas de agujeros negros cercanos resultan ser más comunes, como plantean Michael Koss y su equipo, podría haber implicaciones importantes para las futuras detecciones de ondas gravitacionales.

Ezequiel Treister, astrónomo de la Universidad Católica de Chile y coautor del estudio, afirma: “Puede haber muchas parejas de agujeros negros supermasivos en pleno crecimiento en los centros de las galaxias que aún no hemos logrado identificar. De ser así, en un futuro cercano observaremos frecuentes ondas gravitacionales generadas por las fusiones de estos objetos por todo el Universo”.

La combinación de los datos de ALMA con observaciones en longitudes de onda múltiples de telescopios potentes como Chandra, Hubble, el Very Large Telescope de la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral (ESO) y Keck aportó un gran nivel de detalle a este fascinante descubrimiento. “Cada longitud de onda pinta una parte del panorama. Mientras las imágenes ópticas obtenidas con observatorios terrestres nos mostraron la totalidad de la galaxia en colisión, el telescopio Hubble nos permitió observar las regiones nucleares en alta resolución. Y las observaciones en rayos X revelaron que hay al menos un núcleo galáctico activo en el sistema”, explica Ezequiel Treister. “ALMA nos mostró la ubicación exacta de estos dos agujeros negros supermasivos y glotones en pleno crecimiento. Toda esta información nos brindó una idea más clara de cómo las galaxias como la nuestra se han convertido en lo que son ahora y cómo seguirán evolucionando”. 

Hasta ahora, los científicos habían estudiado principalmente las primeras etapas de fusión de las galaxias. La nueva investigación podría revolucionar lo que sabemos sobre la inminente fusión de la Vía Láctea con la galaxia vecina Andrómeda. Michael Koss afirma: “La colisión de la Vía Láctea con Andrómeda está recién empezando, pues se prevé que ocurrirá dentro de unos 4.500 millones de años. Lo que observamos recién es una fuente en las últimas etapas de colisión, un presagio de lo que sucederá y una muestra de la relación entre el crecimiento y la fusión de agujeros negros y la eventual generación de ondas gravitacionales”.

“Este fascinante hallazgo pone de manifiesto el poder de ALMA y muestra cómo la observación en longitudes de onda múltiples puede producir resultados importantes que profundizan nuestros conocimientos sobre el Universo y de fenómenos como los agujeros negros, los núcleos galácticos activos y las evoluciones de las galaxias, entre otros”, celebra Joe Pesce, NSF Program Director del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos. “Con el advenimiento de los detectores de ondas gravitacionales tenemos la oportunidad de incrementar aún más nuestra capacidad de observación combinando todas estas herramientas. Me parece que el potencial de descubrimientos no tiene límites”.

Información Adicional

El artículo original puede ser encontrado en: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aca8f0 .

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Imágenes y Video

Las observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar las profundidades del centro de un par de galaxias en colisión conocidas como UGC 4211 permitieron detectar dos agujeros negros en pleno crecimiento separados por tan solo 750 año luz de distancia. Esta ilustración muestra las últimas etapas de fusión de dos galaxias y sus dos agujeros negros centrales. Los agujeros negros binarios presentan la menor separación que se haya observado a la fecha en longitudes de onda múltiples. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); M. Weiss (NRAO/AUI/NSF)
Las observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar las profundidades del centro de un par de galaxias en colisión conocidas como UGC 4211 permitieron detectar dos agujeros negros en pleno crecimiento separados por tan solo 750 año luz de distancia. Esta ilustración muestra las últimas etapas de fusión de dos galaxias y sus dos agujeros negros centrales. Los agujeros negros binarios presentan la menor separación que se haya observado a la fecha en longitudes de onda múltiples. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); M. Weiss (NRAO/AUI/NSF)
El par de galaxias en fusión conocidas como UGC 4211 albergan un gran secreto: un par de agujeros negros que se alimentan juntos, engullendo el gas y el polvo que los rodea. Los científicos encontraron y confirmaron la existencia del par, que están separados por solo 750 años luz, con observaciones de múltiples proyectos de investigación y telescopios: el Dark Energy Camera Legacy Survey (DECalS) en el telescopio Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo. (CTIO), el Explorador Espectroscópico de Unidades Múltiples (MUSE) en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, el Observatorio Keck y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). La observación de las galaxias en múltiples longitudes de onda ayudó a los científicos a ver que había más que una fusión entre el par. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Koss et al (Eureka Scientific)
El par de galaxias en fusión conocidas como UGC 4211 albergan un gran secreto: un par de agujeros negros que se alimentan juntos, engullendo el gas y el polvo que los rodea. Los científicos encontraron y confirmaron la existencia del par, que están separados por solo 750 años luz, con observaciones de múltiples proyectos de investigación y telescopios: el Dark Energy Camera Legacy Survey (DECalS) en el telescopio Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo. (CTIO), el Explorador Espectroscópico de Unidades Múltiples (MUSE) en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, el Observatorio Keck y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). La observación de las galaxias en múltiples longitudes de onda ayudó a los científicos a ver que había más que una fusión entre el par. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Koss et al (Eureka Scientific)
Este video muestra una ilustración e imágenes de ALMA de dos agujeros negros cenando juntos y devorando con avidez el polvo, el gas y otros materiales desplazados por la colisión. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Koss et al (Eureka Scientific), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

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