Andrómeda

Se ha descubierto una fuente intrigante en la cercana galaxia de Andrómeda utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y telescopios ópticos terrestres. Anteriormente se pensaba que era parte de la galaxia vecina de la Vía Láctea, pero una nueva investigación muestra que esta fuente es actualmente un objeto muy distante a 2.600 millones de años luz de distancia que actúa como una bomba cósmica.

Este gráfico muestra datos de Chandra (azul en el recuadro) de la fuente conocida como LGGS J004527 (J0045+41 para abreviar) en el contexto de imágenes ópticas de Andrómeda del Telescopio Espacial Hubble. En la imagen insertada, el norte está arriba y en la imagen grande el norte está en la parte inferior derecha. Andrómeda, también conocida como M31, es una galaxia espiral situada a unos 2,5 millones de años luz de la Tierra.

Aún más intrigante que la gran distancia de J0045+41 es que probablemente contenga un par de agujeros negros gigantes en órbitas cercanas uno alrededor del otro. La masa total estimada de estos dos agujeros negros supermasivos es aproximadamente doscientos millones de veces la de nuestro Sol.

J0045+41 fue clasificado previamente como un tipo diferente de objeto (un par de estrellas en órbita) cuando se pensaba que ocupaba Andrómeda. Un equipo de investigadores combinó datos de rayos X de Chandra con espectros del telescopio Gemini Norte en Hawaii, proporcionando evidencia de que J0045+41 contenía un agujero negro supermasivo inferior. Utilizando datos de los telescopios Palomar Transient Factory en California, el equipo encontró variaciones repetidas en la luz de J0045+41, un indicador de la presencia de dos agujeros negros gigantes que lo orbitan.

Los investigadores estiman que los dos supuestos agujeros negros orbitan entre sí con una separación de sólo unos pocos cientos de veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Esto corresponde a menos de una centésima de año luz. En comparación, la estrella más cercana a nuestro Sol está a unos cuatro años de distancia.

Un sistema de este tipo podría formarse como consecuencia de la fusión, miles de millones de años antes, de dos galaxias que contenían cada una un agujero negro supermasivo. En su estrecha separación actual, los dos agujeros negros inevitablemente se acercan más a medida que emiten ondas gravitacionales.

Un artículo que describe este resultado fue aceptado para su publicación en la edición del 20 de noviembre de The Astrophysical Journal y una preimpresión está disponible en línea. El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, gestiona el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, controla las operaciones científicas y de vuelo del Chandra. Créditos: Rayos X: NASA/CXC/Universidad de Washington/T. Dorn-Wallenstein y otros; Óptica: NASA, ESA, J. Dalcanton et. Alabama. y R. Gendler

Esta fuente inusual, llamada LGGS J004527.30+413254.3 (J0045+41 para abreviar), ha sido vista en imágenes ópticas y de rayos X de Andrómeda, también conocida como M31. Hasta hace poco, los científicos pensaban que J0045+41 era un objeto dentro de M31, una gran galaxia espiral situada relativamente cerca, a una distancia de unos 2,5 millones de años luz de la Tierra. Sin embargo, los nuevos datos revelaron que J0045+41 estaba en realidad a una distancia mucho mayor, alrededor de 2.600 millones de años luz de la Tierra.

"Estábamos buscando un tipo especial de estrella en M31 y pensamos que habíamos encontrado una", dijo Trevor Dorn-Wallenstein de la Universidad de Washington en Seattle, WA, quien dirigió el artículo que describe este descubrimiento. "¡Nos sorprendió y emocionó encontrar algo mucho más extraño!"

Aún más intrigante que la gran distancia de J0045+41 es que probablemente contenga un par de agujeros negros gigantes en órbitas cercanas uno alrededor del otro. La masa total estimada de estos dos agujeros negros supermasivos es aproximadamente doscientas millones de veces la masa de nuestro Sol.

Anteriormente, un equipo diferente de astrónomos vio variaciones periódicas en la luz óptica de J0045+41 y, creyendo que era miembro de M31, la clasificó como un par de estrellas que orbitaban entre sí a la vez, cada 80 días.

La intensidad de la fuente de rayos X observada por Chandra reveló que esta clasificación original era incorrecta. En cambio, J0045+41 tenía que ser un sistema binario en M31 que contenía una estrella de neutrones o un agujero negro que estaba extrayendo material de un compañero (el tipo de sistema que Dorn-Wallenstein originalmente buscaba en M31) o un sistema mucho más masivo y distante que contiene al menos un agujero negro supermasivo de rápido crecimiento.

Sin embargo, un espectro del telescopio Gemini-North tomado por el equipo de la Universidad de Washington mostró que J0045+41 debe albergar al menos un agujero negro supermasivo y permitió a los investigadores estimar la distancia. El espectro también proporcionó una posible evidencia de que había un segundo agujero negro presente en J0045+41 y que se movía a una velocidad diferente a la del primero, como se esperaba si los dos agujeros negros están orbitando uno alrededor del otro.

Luego, el equipo utilizó datos ópticos de Palomar Transient Factory para buscar variaciones periódicas en la luz de J0045+41. Encontraron varios períodos en J0045+41, incluidos unos de unos 80 y 320 días. La relación entre estos períodos coincide con la predicha por el trabajo teórico sobre la dinámica de dos agujeros negros gigantes que orbitan entre sí.

"Esta es la primera vez que se ha encontrado evidencia tan sólida de un par de agujeros negros gigantes en órbita", dijo la coautora Emily Levesque de la Universidad de Washington.

Los investigadores estiman que los dos supuestos agujeros negros orbitan entre sí con una separación de solo unos cientos de veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Esto corresponde a menos de una centésima de año luz. En comparación, la estrella más cercana a nuestro Sol está a unos cuatro años luz de distancia.

Un sistema así podría formarse como consecuencia de la fusión, miles de millones de años antes, de dos galaxias que contenían cada una un agujero negro supermasivo. En su actual separación, los dos agujeros negros inevitablemente se están acercando a medida que emiten ondas gravitacionales.

“No podemos determinar con exactitud cuánta masa contiene cada uno de estos agujeros negros”, dijo el coautor John Ruan, también de la Universidad de Washington. “Dependiendo de eso, creemos que este par colisionará y se fusionará en un solo agujero negro en tan solo 350 años o hasta 360.000 años”.

Si J0045+41 contiene de hecho dos agujeros negros que orbitan muy cerca, emitirá ondas gravitacionales, sin embargo, la señal no sería detectable con LIGO y Virgo. Estas instalaciones terrestres han detectado las fusiones de agujeros negros de masa estelar que no pesan más que unos 60 soles y, muy recientemente, una entre dos estrellas de neutrones.

“Las fusiones de agujeros negros supermasivos ocurren a cámara lenta en comparación con los agujeros negros de masa estelar”, dijo Dorn-Wallenstein. “Los cambios mucho más lentos en las ondas gravitacionales de un sistema como J0045+41 se pueden detectar mejor con un tipo diferente de instalación de ondas gravitacionales llamada Pulsar Timing Array”.

Un artículo que describe este resultado fue aceptado para su publicación en la edición del 20 de noviembre de The Astrophysical Journal y está disponible en línea. El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsoniano en Cambridge, Massachusetts, controla las operaciones científicas y de vuelo de Chandra.