4 de marzo de 2009

Identificado un elusivo sistema de agujeros negros binarios

Imagen: p. Marenfeld & NOAO/AURA/NSF

Astrónomos del Observatorio Nacional de Astronomía Óptica (NOAO), en Tucson, Arizona, han encontrado lo que parecen ser dos agujeros negros masivos orbitando uno alrededor del otro en el centro de una galaxia. Se había postulado que debían existir, pero fue necesaria una búsqueda novedosa y sistemática para encontrar un par tan extraño.

Los agujeros negros recientemente identificados parecen estar separadas por sólo un décimo de parsec (o un tercio de año luz) que es prácticamente una décima parte de la distancia desde la Tierra a la estrella más cercana. Este descubrimiento del más plausible candidato a agujero negro binario que se ha encontrado puede dar lugar a una mayor comprensión de cómo se forman y evolucionan los agujeros negros masivos en el centro de las galaxias. Sus resultados se publican esta semana en la edición de la revista Nature.

Después que se forma una galaxia es probable que un agujero negro masivo también pueda formarse en su centro. Dado que muchas galaxias se encuentran en cúmulos de galaxias, éstas pueden chocar entre sí, a medida que orbitan al cúmulo. El misterio es qué es lo que les sucede a estos agujeros negros centrales cuando las galaxias chocan y finalmente se fusionan. La teoría predice que se orbitarán entre sí y, eventualmente, se fusionarán en un agujero negro aún más grande.

La marca de un agujero negro en una galaxia es conocida desde hace muchos años. El material cayendo en un agujero negro emite luz en regiones de estrechas longitudes de onda formando líneas de emisión que se pueden ver cuando la luz se dispersa en un espectro. Estas líneas de emisión llevan la información sobre la velocidad y la dirección del agujero negro y del material cayendo hacia él. Si dos agujeros negros están presentes, ellos deberían orbitarse entre sí antes de fusionarse y tendrían la doble marca característica en sus líneas de emisión. Estas marcas han sido ahora encontradas.

El ex director del NOAO, Todd Boroson, y el astrónomo del NOAO Tod Lauer, utilizaron los datos del relevamiento digital del cielo Sloan, SDSS, un telescopio de 2,5 metros de diámetro en Apache Point, en el sur de Nuevo Mexico, para buscar esta marca característica de un doble agujero negro entre 17.500 cuásares descubiertos por el relevamiento. Se conocen más de 100.000 cuásares, cuya mayoría se encuentra en el SDSS y que están a distancias de miles de millones de años luz.

Los cuásares son las versiones más luminosas de la clase general de los objetos conocidos como galaxias activas, que pueden ser cientos de veces más brillantes que nuestra galaxia, la Vía Láctea. Ellos son alimentados por la acreción de material en los agujeros negros supermasivos de su núcleo. La materia que cae al agujero negro no lo hace directamente, sino que orbita al agujero negro formando un disco de acreción chato, como la espuma de jabón en el agua en órbita alrededor de un desagüe.

Durante mucho tiempo se ha pensado que todas las grandes galaxias debe tener un agujero negro masivo en su centro y que algunas galaxias deben tener dos o más agujeros negros, al menos hasta que éstos se fusionen. Los agujeros negros estarían tan cerca que sería casi imposible ver a ellos o a sus discos de acreción por separado. Sin embargo, la luz emitida desde el disco de acreción y la galaxia que contiene al agujero negro, deben ser identificables.

Boroson y Lauer tuvieron que ser especialmente cuidadosos para eliminar la posibilidad que estuviesen viendo dos galaxias, cada una con su propio agujero negro, superponiéndose uno al otro. Para tratar de eliminar esta posibilidad de superposición, determinaron que los cuásares se encontraban a la misma distancia determinada por el desplazamiento al rojo y que era una marca de sólo una galaxia anfitriona.

Si los dos cuásares son objetos independientes a diferentes distancias, la marca espectral de las galaxias anfitrionas debería haber sido vista y cada una de ellas tendrían diferentes desplazamientos al rojo y, por lo tanto, diferentes distancias, a pesar que estuviesen en la misma línea de visión. La determinación de la marca espectral es fundamental, ya que sería imposible ver a las galaxias anfitrionas directamente contra el brillo del cuásar.

"La doble serie de líneas anchas de emisión es un prueba bastante concluyente de dos agujeros negros", sostiene Boroson. "Si, de hecho, hubiese alguna chance de ser una superposición, uno de los objetos debería ser bastante peculiar. Una cosa agradable acerca de este sistema binario de agujeros negros es que podemos predecir que vamos a ver cambios de velocidad observables en, a lo sumo, unos pocos años. Podemos probar nuestra explicación que el sistema binario de agujeros negros está incrustado en una galaxia que es, en sí misma, el resultado de una fusión de dos galaxias más pequeñas, cada una de las cuales conteniendo uno de los dos agujeros negros". El agujero negro más pequeño tiene una masa de 20 millones de veces la del Sol, el más grande es 50 veces mayor, según lo determinado por sus velocidades orbitales.

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.noao.edu/