¿los agujeros negros supermasivos tienen amigos? La naturaleza de la formación de galaxias sugiere que la respuesta es sí, y de hecho, los pares de agujeros negros supermasivos deberían ser comunes en el universo.
Soy astrofísico y estoy interesado en una amplia gama de problemas teóricos en astrofísica, desde la formación de las primeras galaxias hasta las interacciones gravitacionales de agujeros negros, estrellas e incluso planetas., Los agujeros negros son sistemas intrigantes, y los agujeros negros supermasivos y los densos entornos estelares que los rodean representan uno de los lugares más extremos de nuestro universo.
el agujero negro supermasivo que acecha en el Centro de nuestra galaxia, llamado Sgr a*, tiene una masa de aproximadamente 4 millones de veces la de nuestro Sol. Un agujero negro es un lugar en el espacio donde la gravedad es tan fuerte que ni las partículas ni la luz pueden escapar de él. Alrededor de Sgr a * hay un denso cúmulo de estrellas., Mediciones precisas de las órbitas de estas estrellas permitieron a los astrónomos confirmar la existencia de este agujero negro supermasivo y medir su masa. Durante más de 20 años, los científicos han estado monitoreando las órbitas de estas estrellas alrededor del agujero negro supermasivo. Basado en lo que hemos visto, mis colegas y yo nos muestran que si hay un amigo allí, podría ser un segundo agujero negro cercano que es de al menos 100.000 veces la masa del Sol.
los agujeros negros supermasivos y sus amigos
casi todas las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea, tienen un agujero negro supermasivo en su corazón, con masas de millones a miles de millones de veces la masa del Sol. Los astrónomos todavía están estudiando por qué el corazón de las galaxias a menudo alberga un agujero negro supermasivo. Una idea popular se conecta con la posibilidad de que los agujeros supermasivos tengan amigos.,
para entender esta idea, necesitamos volver a cuando el universo tenía unos 100 millones de años, a la era de las primeras galaxias. Eran mucho más pequeñas que las galaxias actuales, unas 10.000 o más veces menos masivas que la Vía Láctea. Dentro de estas primeras galaxias las primeras estrellas que murieron crearon agujeros negros, de unas decenas a miles de la masa del Sol. Estos agujeros negros se hundieron en el Centro de gravedad, el corazón de su galaxia anfitriona., Dado que las galaxias evolucionan al fusionarse y colisionar entre sí, las colisiones entre galaxias darán lugar a pares de agujeros negros supermasivos, la parte clave de esta historia. Los agujeros negros entonces chocan y crecen en tamaño también. Un agujero negro que es más de un millón de veces la masa de nuestro hijo se considera supermasivo.
si de hecho el agujero negro supermasivo tiene un amigo girando alrededor de él en órbita cercana, el Centro de la galaxia está bloqueado en una danza compleja. Los remolcadores gravitacionales de los socios también ejercerán su propia atracción sobre las estrellas cercanas perturbando sus órbitas., Los dos agujeros negros supermasivos están orbitando entre sí, y al mismo tiempo, cada uno está ejerciendo su propia atracción sobre las estrellas a su alrededor.
las fuerzas gravitacionales de los agujeros negros tiran de estas estrellas y las hacen cambiar de órbita; en otras palabras, después de una revolución alrededor del par de agujeros negros supermasivos, una estrella no regresará exactamente al punto en el que comenzó.
utilizando nuestra comprensión de la interacción gravitacional entre el posible par de agujeros negros supermasivos y las estrellas circundantes, los astrónomos pueden predecir lo que les sucederá a las estrellas., Los astrofísicos como mis colegas y yo podemos comparar nuestras predicciones con las observaciones, y luego podemos determinar las posibles órbitas de las estrellas y averiguar si el agujero negro supermasivo tiene un compañero que está ejerciendo influencia gravitacional.
Usando una estrella bien estudiada, llamada S0-2, que orbita el agujero negro supermasivo que se encuentra en el Centro de la galaxia cada 16 años, ya podemos descartar la idea de que hay un segundo agujero negro supermasivo con una masa superior a 100.000 veces la masa del sol y más allá de aproximadamente 200 veces la distancia entre el sol y la Tierra., Si hubiera un compañero así, mis colegas y yo habríamos detectado sus efectos en la órbita del SO-2.
pero eso no significa que un agujero negro compañero más pequeño no pueda esconderse allí. Tal objeto no puede alterar la órbita de SO-2 de una manera que podamos medir fácilmente.
La física de los agujeros negros supermasivos
los agujeros negros Supermasivos han recibido mucha atención últimamente. En particular, la imagen reciente de tal gigante en el Centro de la galaxia M87 abrió una nueva ventana para comprender la física detrás de los agujeros negros.,
la proximidad del centro galáctico de la Vía Láctea, a tan solo 24.000 años luz de distancia, proporciona un laboratorio único para abordar problemas en la física fundamental de los agujeros negros supermasivos. Por ejemplo, a los astrofísicos como yo les gustaría entender su impacto en las regiones centrales de las galaxias y su papel en la formación y evolución de galaxias., La detección de un par de agujeros negros supermasivos en el Centro Galáctico indicaría que la Vía Láctea se fusionó con otra galaxia, posiblemente pequeña, en algún momento del pasado.
eso no es todo lo que el monitoreo de las estrellas circundantes puede decirnos. Las mediciones de la estrella S0-2 permitieron a los científicos llevar a cabo una prueba única de la teoría general de la relatividad de Einstein. En mayo de 2018, S0-2 se acercó más allá del agujero negro supermasivo a una distancia de solo aproximadamente 130 veces la distancia de la tierra desde el sol., Según la teoría de Einstein, la longitud de onda de la luz emitida por la estrella debe estirarse a medida que asciende desde el pozo gravitacional profundo del agujero negro supermasivo.
La longitud de onda de estiramiento que Einstein predijo – que hace que la estrella parezca más roja – fue detectada y demuestra que la teoría de la relatividad general describe con precisión la física en esta zona gravitacional extrema., Espero con impaciencia el segundo acercamiento más cercano de S0-2, que ocurrirá en unos 16 años, porque astrofísicos como yo podrán probar más de las predicciones de Einstein sobre la relatividad general, incluido el cambio de orientación de la órbita alargada de las estrellas. Pero si el agujero negro supermasivo tiene un compañero, esto podría alterar el resultado esperado.
finalmente, si hay dos agujeros negros masivos orbitando entre sí en el Centro Galáctico, como mi equipo sugiere es posible, emitirán ondas gravitacionales. Desde 2015, los observatorios LIGO-Virgo han estado detectando la radiación de ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros de masa estelar y estrellas de neutrones. Estas detecciones innovadoras han abierto una nueva forma para que los científicos sientan el universo.,
cualquier onda emitida por nuestro hipotético par de agujeros negros estará a bajas frecuencias, demasiado bajas para que los detectores LIGO-Virgo las detecten. Pero un detector espacial planificado conocido como LISA puede ser capaz de detectar estas ondas lo que ayudará a los astrofísicos a averiguar si nuestro agujero negro del Centro Galáctico está solo o tiene un compañero.
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