Un equipo de astrónomos ha observado por primera vez varios pares de galaxias en las etapas finales de fusión, incluyendo en el proceso sus agujeros negros centrales, un evento teorizado que nunca hasta ahora había sido verificado de manera directa.

Además, mirando a través de las gruesas paredes de gas y polvo que rodean los núcleos desordenados de estas galaxias, el equipo ha captado pares de agujeros negros supermasivos –cada uno de ellos ocupando el centro de cada una de las galaxias–, acercándose entre sí antes de su unión en único y gigante agujero negro. Los hallazgos se publican en un artículo en la revista ‘Nature’.

Dirigido por Michael Koss, ex alumno de la Universidad de Maryland (UMD), científico investigador de Eureka Scientific, Inc., con contribuciones de astrónomos de la UMD, el equipo examinó cientos de galaxias cercanas utilizando imágenes del Observatorio WM Keck en Hawai y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA. Las observaciones del Hubble representan más de 20 años de imágenes del extenso archivo del telescopio.

Las imágenes de alta resolución también proporcionan una vista previa de primer plano de un fenómeno que los astrónomos sospechan que era más común en el universo temprano, cuando las fusiones de galaxias eran más frecuentes. Cuando los agujeros negros finalmente colisionen, desatarán una energía poderosa en forma de ondas gravitacionales: ondulaciones en el espacio-tiempo recientemente detectadas por primera vez por los detectores gemelos del Observatorio de Ondas Gravitatorias por Interferómetro Láser (LIGO).

Las imágenes también presagian lo que probablemente sucederá en unos pocos miles de millones de años, cuando la Vía Láctea se fusione con la vecina galaxia de Andrómeda. Ambas galaxias albergan agujeros negros supermasivos en su centro, que eventualmente se estrellarán y fusionarán en un agujero negro más grande.

Los investigadores buscaron agujeros negros activos, pero ocultos visualmente, analizando datos de rayos X del Burst Alert Telescope (BAT), a bordo del Neil Gehrels Swift Observatory de la NASA, de los 10 últimos años.

Luego, revisaron el archivo del Hubble, concentrándose en las galaxias fusionadas que detectaron en los datos de rayos X. Después, utilizaron la súper aguda visión del infrarrojo cercano del telescopio Keck para observar una muestra más grande de los agujeros negros que producen rayos X que no se encuentran en el archivo del Hubble.

El equipo se centró en galaxias ubicadas a unos 330 millones de años luz de la Tierra, una distancia relativamente cerca en términos cósmicos. Muchas de las galaxias son similares en tamaño a la Vía Láctea y Andrómeda. En total, el equipo analizó 96 galaxias observadas con el telescopio Keck y 385 galaxias del archivo del Hubble.

El 17% de las galaxias alberga un agujero negro

Sus resultados sugieren que más del 17% de estas galaxias albergan un par de agujeros negros en su centro, que están bloqueados en las últimas etapas de la espiral cada vez más cerca antes de fusionarse en un solo agujero negro ultra-masivo. Los investigadores se sorprendieron al encontrar una fracción tan alta de las fusiones en etapa tardía, porque la mayoría de las simulaciones sugieren que los pares de agujeros negros pasan muy poco tiempo en esta fase.

Para verificar sus resultados, los investigadores compararon las galaxias de la encuesta con un grupo de control de otras 176 galaxias del archivo del Hubble que carecen de agujeros negros de crecimiento activo. En este grupo, se sospechaba que solo alrededor del 1% de las galaxias encuestadas tenían pares de agujeros negros en las etapas posteriores de la fusión.

Este último paso ayudó a los investigadores a confirmar que los núcleos galácticos luminosos encontrados en su censo de galaxias polvorientas interactivas son de hecho una firma de pares de agujeros negros en rápido crecimiento que se dirige a una colisión. Según los investigadores, este hallazgo es consistente con las predicciones teóricas, pero hasta ahora, no había sido verificado por observaciones directas.

No es fácil encontrar núcleos galácticos tan juntos. La mayoría de las observaciones previas de la fusión de galaxias han atrapado los agujeros negros que se unen en etapas anteriores, cuando estaban aproximadamente 10 veces más lejos. La etapa tardía del proceso de fusión es tan difícil de alcanzar porque las galaxias interactivas están encerradas en denso polvo y gas, que requieren observaciones de muy alta resolución que pueden ver a través de las nubes y localizar los dos núcleos que se fusionan.

“Las simulaciones por computadora de las rupturas de galaxias nos muestran que los agujeros negros crecen más rápido durante las etapas finales de las fusiones, cerca del momento en que los agujeros negros interactúan, y eso es lo que hemos encontrado en nuestra encuesta”, explica Laura Blecha, profesora asistente de física en La Universidad de Florida y coautora del estudio.

El hecho de que los agujeros negros crecen cada vez más rápido a medida que avanza la fusión, según indica Blecha, dice a los científicos que los encuentros con las galaxias son realmente importantes para su comprensión de cómo llegaron estos objetos a ser tan monstruosamente grandes.

El futuro de las observaciones

Los futuros telescopios infrarrojos, como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA, cuyo lanzamiento está programado para 2021, brindarán una mejor visión de las fusiones en galaxias polvorientas y muy oscuras. Para pares de agujeros negros cercanos, el JWST también debe ser capaz de medir las masas, tasas de crecimiento y otros parámetros físicos para cada agujero negro.

“Con la mayor resolución angular de JWST y la sensibilidad al infrarrojo, que puede pasar a través de los núcleos polvorientos de estas galaxias, las búsquedas de estos objetos cercanos deberían ser fáciles de hacer –explica–. También con JWST, podremos empujar hacia distancias más grandes, para ver objetos con mayor desplazamiento al rojo. Con estas observaciones, podemos comenzar a explorar la fracción de objetos que se están fusionando en las regiones más jóvenes y distantes del universo, lo que debería ser bastante frecuente”.

Fuente: EP