Los astrónomos han visto un par distante de agujeros negros titánicos dirigiéndose a una colisión.
La masa de cada agujero negro es más de 800 millones de veces mayor que la de nuestro Sol. A medida que los dos se acerquen gradualmente en una espiral de muerte, comenzarán a enviar ondas gravitacionales que se ondularán a través del espacio-tiempo. Esas ondas cósmicas se unirán a las todavíaruido de fondo no detectado de ondas gravitacionales de otros agujeros negros supermasivos.
Incluso antes de la colisión destinada, las ondas gravitacionales que emanan del par de agujeros negros supermasivos empequeñecerán a las detectadas previamente por las fusiones de agujeros negros mucho más pequeños y estrellas de neutrones.
"Los binarios de agujeros negros supermasivos producen las ondas gravitacionales más fuertes del universo", dice la co-descubridora Chiara Mingarelli, científica investigadora asociada en el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. Las ondas gravitacionales de pares de agujeros negros supermasivos "sonun millón de veces más alto que los detectados por LIGO "
El estudio fue dirigido por Andy Goulding, investigador asociado de la Universidad de Princeton. Goulding, Mingarelli y colaboradores de Princeton y el Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos en Washington, DC, informan el descubrimiento el 10 de julio El Letras del diario astrofísico .
Los dos agujeros negros supermasivos son especialmente interesantes porque están a unos 2.500 millones de años luz de distancia de la Tierra. Dado que mirar objetos distantes en astronomía es como mirar hacia atrás en el tiempo, la pareja pertenece a un universo 2.500 millones de años más joven que el nuestroCasualmente, esa es aproximadamente la misma cantidad de tiempo que los astrónomos estiman que los agujeros negros tomarán para comenzar a producir poderosas ondas gravitacionales.
En el universo actual, los agujeros negros ya están emitiendo estas ondas gravitacionales, pero incluso a la velocidad de la luz, las ondas no nos alcanzarán durante miles de millones de años. Sin embargo, el dúo sigue siendo útil. Su descubrimiento puede ayudar a los científicos a estimarcuántos agujeros negros supermasivos cercanos están emitiendo ondas gravitacionales que podríamos detectar en este momento.
La detección del fondo de la onda gravitacional ayudará a resolver algunas de las incógnitas más grandes de la astronomía, como la frecuencia con la que las galaxias se fusionan y si los pares de agujeros negros supermasivos se fusionan o quedan atrapados en un vals casi interminable uno alrededor del otro.
"Es una gran vergüenza para la astronomía que no sepamos si los agujeros negros supermasivos se fusionan", dice la coautora del estudio Jenny Greene, profesora de ciencias astrofísicas en Princeton. "Para todos en física de agujeros negros, observacionalmente esto es unrompecabezas de larga data que debemos resolver "
Los agujeros negros supermasivos contienen millones o incluso miles de millones de soles. Casi todas las galaxias, incluida la Vía Láctea, contienen al menos uno de los gigantes en su núcleo. Cuando las galaxias se fusionan, sus agujeros negros supermasivos se encuentran y comienzan a orbitaruno al otro. Con el tiempo, esta órbita se estrecha a medida que el gas y las estrellas pasan entre los agujeros negros y roban energía.
Sin embargo, una vez que los agujeros negros supermasivos se acercan lo suficiente, este robo de energía casi se detiene. Algunos estudios teóricos sugieren que los agujeros negros se estancan a aproximadamente 1 parsec aproximadamente 3.2 años luz de distancia. Esta desaceleración dura casi indefinidamente y se conocecomo el problema final de parsec. En este escenario, solo grupos muy raros de tres o más agujeros negros supermasivos resultan en fusiones.
Los astrónomos no pueden simplemente buscar pares estancados porque mucho antes de que los agujeros negros estén separados por 1 parsec, están demasiado cerca para distinguirlos como dos objetos separados. Además, no producen ondas gravitacionales fuertes hasta que superan la fase final.obstáculo parsec y acercarse más. Observados como eran hace 2.500 millones de años, los agujeros negros supermasivos recién descubiertos aparecen a unos 430 parsecs separados.
Si el problema final de parsec no existe, los astrónomos esperan que el universo esté lleno del clamor de las ondas gravitacionales de los pares de agujeros negros supermasivos. "Este ruido se llama fondo de ondas gravitacionales, y es un poco como un coro caóticode grillos chirriando en la noche ", dice Goulding." No se puede distinguir un grillo de otro, pero el volumen del ruido te ayuda a estimar cuántos grillos hay ". Cuando dos agujeros negros supermasivos finalmente chocan y se combinan,envían un chirrido atronador que eclipsa a todos los demás. Tal evento es breve y extraordinariamente raro, sin embargo, por lo que los científicos no esperan detectar uno pronto.
Las ondas gravitacionales generadas por los pares de agujeros negros supermasivos están fuera de las frecuencias actualmente observables por experimentos como LIGO y Virgo. En cambio, los cazadores de ondas gravitacionales confían en conjuntos de estrellas especiales llamadas púlsares que actúan como metrónomos. Las estrellas que giran rápidamente envían radioondas en un ritmo constante. Si una onda gravitacional pasajera estira o comprime el espacio entre la Tierra y el púlsar, el ritmo se desvía ligeramente.
La detección del fondo de la onda gravitacional usando una de estas matrices de temporización de púlsar requiere paciencia y muchas estrellas monitoreadas. El ritmo de un solo púlsar puede verse interrumpido por solo unos pocos cientos de nanosegundos durante una década. Cuanto más fuerte sea el ruido de fondo, mayor será la interrupción de temporizacióny antes se realizará la primera detección.
Goulding, Greene y los otros astrónomos observacionales del equipo detectaron a los dos titanes con el telescopio espacial Hubble. Aunque los agujeros negros supermasivos no son directamente visibles a través de un telescopio óptico, están rodeados por grupos brillantes de estrellas luminosas y gases calientes extraídospor el poderoso tirón gravitacional. Por su tiempo en la historia, la galaxia que alberga el nuevo par de agujeros negros supermasivos "es básicamente la galaxia más luminosa del universo", dice Goulding. Además, el núcleo de la galaxia está disparando dos columnas inusualmente colosalesde gas Después de que los investigadores apuntaron el Telescopio Espacial Hubble a la galaxia para descubrir los orígenes de sus espectaculares nubes de gas, descubrieron que el sistema no contenía uno sino dos agujeros negros masivos.
Los observacionales luego se unieron con los físicos de ondas gravitacionales Mingarelli y el estudiante graduado de Princeton Kris Pardo para interpretar el hallazgo en el contexto del fondo de ondas gravitacionales. El descubrimiento proporciona un punto de anclaje para estimar cuántos pares de agujeros negros supermasivos están dentro de la distancia de detección deTierra. Las estimaciones anteriores se basaban en modelos informáticos de la frecuencia con la que las galaxias se fusionan, en lugar de observaciones reales de pares de agujeros negros supermasivos.
Con base en los hallazgos, Pardo y Mingarelli predicen que en un escenario optimista hay alrededor de 112 agujeros negros supermasivos cercanos que emiten ondas gravitacionales. Por lo tanto, la primera detección del fondo de ondas gravitacionales de los agujeros negros supermasivos debería ocurrir dentro de los próximos cinco años más o menosSi no se hace tal detección, eso sería evidencia de que el problema final de Parsec puede ser insuperable. El equipo actualmente está mirando otras galaxias similares a la que alberga el nuevo par de agujeros negros supermasivos recién descubiertos. Encontrar pares adicionales los ayudará aún másperfeccionar sus predicciones.
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Materiales proporcionado por Fundación Simons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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