Observan la turbulenta vida de dos agujeros negros supermasivos en colisión de galaxias

5 Enero, 2020 / Tiempo de lectura: 6 minutes

Un equipo internacional de astrónomos usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para producir la imagen más detallada hasta ahora del gas que rodea dos agujeros negros supermasivos en una galaxia en colisión.

A 400 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Ofiuco, dos galaxias en plena colisión están formando una nueva galaxia, conocida como NGC 6240. Este astro, que presenta una peculiar estructura, ya se ha observado numerosas veces, puesto que se encuentra relativamente cerca de nosotros. NGC 6240 es una galaxia compleja y caótica. La colisión entre las dos galaxias originales, aún en curso, está acercando dos agujeros negros supermasivos en crecimiento, que probablemente se fusionarán para formar un agujero negro aún más grande.

Para entender qué sucede al interior de NGC 6240, los astrónomos buscan observar en detalle el polvo y el gas que rodean los agujeros negros, pero hasta ahora no habían obtenido imágenes lo suficientemente nítidas para poder hacerlo. Las nuevas observaciones de ALMA permitieron aumentar en diez veces la resolución de las imágenes y, por primera vez, revelaron la estructura del gas frío presente en la galaxia, incluso dentro del radio de influencia de los agujeros negros.

“La clave para entender este sistema de galaxias es el gas molecular”, explica Ezequiel Treister, de la Pontificia Universidad Católica, en Santiago (Chile). “Este gas es el combustible que se requiere para formar estrellas, pero también alimenta los agujeros negros supermasivos y les permite crecer”.

La mayor parte del gas se encuentra entre los dos agujeros negros. A partir de observaciones menos detalladas realizadas anteriormente se había deducido que dicho gas podía ser un disco giratorio. “No hay indicios que lo confirmen”, señala Treister. “En cambio, lo que vemos es un caótico flujo de gas con filamentos y burbujas entre los agujeros negros. Parte de ese gas es expulsado hacia fuera a velocidades de hasta 500 kilómetros por segundo. Todavía no sabemos qué genera esos chorros”.

Otra razón para observar el gas con ese nivel de detalle es que ayuda a calcular la masa de los agujeros negros. “Los modelos anteriores, basados en las estrellas vecinas, habían arrojado que los agujeros negros eran mucho más masivos de lo que se esperaba: cerca de 1.000 millones de veces la masa de nuestro Sol”, señala Anne Medling, de la Universidad de Toledo, en Ohio (EE. UU.). “Pero estas nuevas imágenes de ALMA nos mostraron por primera vez cuánto gas hay dentro del radio de influencia de los agujeros negros. Como su masa es considerable, ahora estimamos que las masas de los agujeros negros son menores: unos cientos de millones de veces la masa de nuestro Sol. Sobre la base de este resultado, creemos que la mayoría de los cálculos de masas de agujeros negros hechos anteriormente en sistemas similares podrían presentar márgenes de error de entre un 5 % y un 90 %·.

Por otro lado, el gas resultó estar más cerca de los agujeros negros de lo que habían previsto los astrónomos. “Se encuentra en un entorno muy extremo”, afirma Medling. “Creemos que terminará cayendo dentro del agujero negro o que será expulsado a gran velocidad”.

Los astrónomos no encontraron indicios de un tercer agujero negro, que otro equipo afirmó haber descubierto recientemente. “No vemos el gas molecular asociado a este supuesto tercer núcleo”, señala Treister.  “Podría ser un cúmulo de estrellas en vez de un agujero negro, pero tenemos que estudiarlo mucho mejor para emitir una declaración fehaciente”.

La gran sensibilidad y la alta capacidad de resolución de ALMA son fundamentales para estudiar los agujeros negros supermasivos y el papel que desempeña el gas en las galaxias en interacción. “Esta galaxia es tan compleja que jamás podríamos saber qué sucede en su interior sin estas detalladas imágenes de radio”, comenta Loreto Barcos-Muñoz, del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos, en Charlottesville, Virginia. “Ahora tenemos una idea más clara de la estructura tridimensional de la galaxia, y eso nos ayuda a entender mejor cómo las galaxias evolucionan durante las últimas etapas de una fusión. Dentro de algunos millones de años, esta galaxia tendrá un aspecto totalmente diferente”.

Información adicional

Los resultados de esta investigación se presentaron en la 235 reunión anual de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Honolulu (Hawái), en dos artículos:

• “The Molecular Gas in the NGC 6240 Merging Galaxy System at the Highest Spatial Resolution” (‘El gas molecular presente en el sistema de galaxias en fusión NGC 6240 a la mayor resolución espacial’), de E. Treister et al., aceptado para publicación en The Astrophysical Journal. Manuscrito.
• “How to Fuel an AGN: Mapping Circumnuclear Gas in NGC 6240 with ALMA” (‘Cómo alimentar un núcleo galáctico activo: mapeamiento del gas circumnuclear de NGC 6240 con ALMA’), de A. M. Medling et al., The Astrophysical Journal Letters. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab4db7

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

NGC 6240 vista por ALMA (arriba) y por el telescopio espacial Hubble (abajo). En la imagen de ALMA, el gas molecular se muestra en azul y los agujeros negros como puntos rojos. La imagen de ALMA proporciona la mayor nitidez del gas molecular en torno a los agujeros negros en esta galaxia en fusión. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E. Treister; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; NASA/ESA Hubble

Impresión artística de la galaxia en fusión NGC 6240. Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello