Dos agujeros negros supermasivos en el espacio de un sistema solar

Una investigación reciente ha permitido conocer detalladamente uno de los exóticos fenómenos provocados en su entorno por dos agujeros negros con una masa conjunta de unos 40 millones de veces la del Sol (diez veces más que la del agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia) que están separados por tan solo 26.000 millones de kilómetros..

El estudio lo ha realizado un equipo encabezado por la astrofísica Lorena Hernández García, de la Universidad de Valparaíso en Chile. La investigación se ha hecho a partir de observaciones realizadas por el observatorio espacial Swift de la NASA.

Esta pareja de agujeros negros supermasivos se encuentra en el centro de una galaxia llamada 2MASX J21240027+3409114, situada a mil millones de años-luz de distancia, en la constelación boreal de Cygnus (El Cisne).

Estos agujeros negros se orbitan mutuamente y tardan 130 días en dar una vuelta completa. Cada vez están más cerca el uno del otro. Se estima que colisionarán y se fusionarán dentro de unos 70.000 años.

El más llamativo de los efectos que esta pareja de agujeros negros ejerce sobre su vecindario cósmico es la deformación de una extensa nube de gas.

“Creemos que la nube de gas envolvió los agujeros negros. A medida que giran en órbita entre sí, los agujeros negros interactúan con la nube, perturbando su gas y consumiéndolo. Esto produce un patrón oscilatorio en la luz que proviene de ese sistema”, explica Hernández García.

Este patrón comenzó a observarse a partir de la detección de un raro destello en marzo de 2021 por el ZTF (Zwicky Transient Facility) en el observatorio astronómico del Monte Palomar en California, Estados Unidos.

“Aunque originalmente se pensó que este destello correspondía a una supernova, los nuevos estallidos en 2022 nos hicieron pensar en otras explicaciones”, explica la astrofísica Alejandra Muñoz Arancibia, de la Universidad de Chile y coautora del estudio. “Cada evento posterior nos ha ayudado a mejorar nuestro modelo de lo que está sucediendo en el sistema”.

Desde el primer destello, ZTF ha detectado a intervalos de entre 60 y 90 días los estallidos de la fuente, catalogada con el nombre de “AT 2021hdr”. En noviembre de 2022, Hernández García y sus colegas comenzaron a observar mediante el Swift la zona donde se produce este fenómeno. Gracias al Swift, pudieron determinar que el sistema binario de agujeros negros produce oscilaciones en luz ultravioleta y de rayos X en las mismas escalas de tiempo captadas por el ZTF en el rango visible.

Inicialmente, los investigadores pensaron que la señal podría ser el subproducto de la actividad normal en el centro galáctico. Luego, consideraron la posibilidad de que el despedazamiento de una estrella que se acercó demasiado a uno de los agujeros negros fuese la causa.

Finalmente, se decidieron por otra posibilidad: el despedazamiento de una nube de gas, una nube que inicialmente era más grande que el propio sistema binario. Cuando la nube se topó con los agujeros negros, la gravedad la desgarró, y parte del material arrancando conformó filamentos alrededor del par de agujeros. Además, la fricción comenzó a calentarla. El gas se volvió particularmente denso y caliente cerca de los agujeros negros. A medida que los agujeros del sistema binario se mueven por su trazado orbital, la compleja interacción de fuerzas expulsa parte del gas del sistema en cada rotación. Estas interacciones producen la luz fluctuante que observan Swift y ZTF.

Recreación artística de la pareja de agujeros negros supermasivos deformando y destrozando la nube de gas. (Imagen: NASA / Aurore Simonnet / Sonoma State University)

Hernández García y sus colegas tienen previsto continuar con las observaciones de AT 2021hdr para comprender mejor el sistema y mejorar sus modelos. También están interesados en estudiar su galaxia natal, la cual actualmente se está fusionando con otra galaxia cercana, como descubrieron durante la investigación.

El estudio se titula “AT 2021hdr: A candidate tidal disruption of a gas cloud by a binary super massive black hole system”. Y se ha publicado en la revista académica Astronomy and Astrophysics. (Fuente: NASA / NCYT de Amazings)