Los secretos detrás de la pareja de agujeros negros más masiva jamás descubierta
Estos gigantes cósmicos se encuentran en una galaxia fósil llamada B2 0402+379, y están ubicados a solo 24 años luz el uno del otro. A pesar de esta proximidad extrema, están involucrados en un baile orbital eterno, sin acercarse más, un ballet cósmico que ha durado más de 3 mil millones de años.
Ilustración artística de los dos agujeros negros supermasivos.
Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. daSilva/M. Zamani
Los agujeros negros resultan del colapso de estrellas gigantes y aumentan su masa capturando todo lo que pasa cerca de ellos, ya sea gas, polvo, estrellas u otros agujeros negros. Sin embargo, cómo aparecieron los primeros agujeros negros sigue siendo un misterio.
Simulaciones del "amanecer cósmico", es decir, los primeros miles de millones de años del Universo, sugieren que los agujeros negros se originaron a partir de nubes densas de gas frío y polvo, que se aglomeraron en estrellas tan masivas que estaban destinadas a colapsar rápidamente. Estos agujeros negros primordiales luego crecieron, atrayendo gases a su alrededor que colapsaron para formar las primeras estrellas de galaxias enanas. A medida que el Universo se expandía, estos agujeros negros se combinaban rápidamente con otros para formar agujeros negros supermasivos, creando también galaxias más grandes.
El descubrimiento de esta pareja de agujeros negros fue posible gracias a datos archivados recopilados por el telescopio Gemini North en Hawái. Utilizando un espectrógrafo para descomponer la luz de las estrellas en colores distintos, los científicos identificaron luces provenientes de estrellas que aceleraban alrededor de los agujeros negros. La galaxia B2 0402+379, un "cúmulo fósil", resulta de la fusión de un cúmulo entero de estrellas y gas en una sola galaxia gigante.
Los investigadores estiman que la fusión de los agujeros negros dentro de las galaxias en fusión se realiza entrando en órbita uno alrededor del otro, y luego acercándose gradualmente a medida que su danza disipa el momento angular acelerando las estrellas vecinas (ver explicación a continuación). Sin embargo, esta pareja de agujeros negros, debido a su masa gigantesca, parece haber agotado todo el material capaz de frenarlos, dejando su fusión en suspenso.
Los investigadores planean investigaciones adicionales en el corazón de B2 0402+379 para estudiar la cantidad de gas presente, ofreciendo así una visión adicional sobre la posibilidad de una futura fusión de los agujeros negros supermasivos, o si, por el contrario, permanecerán eternamente como un duo.
La disipación del momento angular en sistemas de agujeros negros supermasivos
El concepto de disipación del momento angular es esencial para comprender la evolución de los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos y su fusión eventual. El momento angular, en física, es una medida de la cantidad de rotación de un objeto alrededor de un punto. En el contexto de agujeros negros supermasivos orbitando uno alrededor del otro, juega un papel crucial en la dinámica de su interacción.
Cuando dos agujeros negros se acercan en una galaxia, inicialmente se atraen mutuamente debido a su fuerte gravedad. Orbitando uno alrededor del otro, forman un sistema binario. Sin embargo, para que estos agujeros negros se fusionen, primero deben acercarse lo suficiente. Para ello, el sistema debe perder energía y momento angular. El momento angular los mantiene en órbita a una cierta distancia, y sin su disipación, continuarían girando indefinidamente sin fusionarse nunca.
La disipación del momento angular puede ocurrir de varias maneras.
Un método clave en ambientes galácticos implica la interacción dinámica con las estrellas vecinas. A medida que los agujeros negros en órbita se acercan a las estrellas de su galaxia anfitriona, sus fuerzas gravitatorias perturban las órbitas estelares. Estas interacciones pueden impulsar algunas estrellas a velocidades más altas, expulsándolas del sistema galáctico, mientras permiten a los agujeros negros acercarse. Este proceso transfiere parte del momento angular del sistema binario hacia las estrellas vecinas, reduciendo así el momento angular total de los agujeros negros y permitiendo un acercamiento gradual.
Otro método de disipación del momento angular, especialmente relevante a distancias muy cercanas, es la emisión de ondas gravitacionales. Cuando los agujeros negros alcanzan una proximidad suficiente, la deformación intensa del espacio-tiempo alrededor de ellos genera ondas gravitacionales que pueden ser lo suficientemente energéticas para llevarse una parte significativa de la energía y el momento angular del sistema, permitiendo que los agujeros negros finalmente se fusionen.
La disipación del momento angular es, por lo tanto, un proceso fundamental que permite a los agujeros negros supermasivos acercarse y fusionarse, un fenómeno que tiene implicaciones profundas para nuestra comprensión de la evolución de las galaxias y la estructura del Universo.