Un evento cósmico raro y extraño que involucra a tres agujeros negros masivos ha llevado al descubrimiento de un fenómeno sin precedentes: un agujero negro supermasivo que viaja a una velocidad asombrosa, dejando un rastro atrás.La nova tenía 200,000 años luz de largo después de su aparición. Capturada accidentalmente por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, esta extraordinaria racha de formación de estrellas es el resultado de un agujero negro que se precipita a través del espacio intergaláctico y desencadena la formación de nuevas estrellas cuando impacta con el gas frente a él. Este evento, descrito como un juego de billar galáctico, es probablemente el resultado de múltiples colisiones entre agujeros negros supermasivos, lo que llevó a los astrónomos a seguir investigando con entusiasmo con el telescopio espacial James Webb Space y el Observatorio de rayos X Chandra.
Un misterioso puente de 200.000 años luz une una galaxia con su agujero negro que se escapa
El universo es tan errático que incluso las cosas más pequeñas que pueden pasar desapercibidas pueden tener profundas implicaciones. Eso es lo que le sucedió al astrónomo de la Universidad de Yale, Pieter van Dokkum, cuando estaba mirando imágenes del telescopio espacial Hubble y notó una mancha sospechosa que parecía un rasguño en la película de pH. Para la cámara de electrones del Hubble, los rayos cósmicos que se deslizan a lo largo del detector parecen “arañazos”. Pero una vez que se realizó la espectroscopia en el rastro extraño, van Dokkum se dio cuenta de que en realidad era una secuencia de estrellas azules jóvenes de 200,000 años luz en la mitad del universo. van Dokkum y sus colegas creen que se extiende entre el cráter trasero de un monstruo que huye y la galaxia de la que fue expulsado. El agujero negro debe estar comprimiendo gas a lo largo de su camino, que se condensa para formar estrellas. Nada parecido se ha visto antes en ningún otro lugar del universo.
Esta es la impresión de un artista de un agujero negro supermasivo que huye siendo expulsado de su galaxia anfitriona por la colisión entre este y otros dos agujeros negros. A medida que el agujero negro atraviesa el espacio intergaláctico, comprime el frágil gas que se encuentra frente a él. Esto conduce al nacimiento de las estrellas azules ๏τ. Esta ilustración se basa en las observaciones del Telescopio Espacial Hubble de un “rastro estelar” de 200.000 años luz de diámetro detrás de un agujero negro que se escapa. Créditos: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
El Telescopio Espacial Hubble ve un agujero negro desbocado que podría crear un rastro estelar
Hay un monstruo invisible al acecho, que atraviesa el espacio intergaláctico tan rápido que si estuviera en nuestro sistema solar, podría viajar de la Tierra a la Luna en 14 minutos. Este agujero negro supermasivo, 20 millones de veces más masivo que el Sol, ha dejado una “franja” sin precedentes de 200.000 años luz de estrellas nacientes, el doble del diámetro de nuestra Vía Láctea. Es probable que sea el resultado de un raro y exótico juego de billar galáctico entre tres enormes agujeros negros.
En lugar de devorar las estrellas frente a él, como un Pac-Man cósmico, el agujero negro de alta velocidad está absorbiendo gas frente a él para desencadenar la formación de nuevas estrellas a lo largo de un estrecho corredor. El agujero negro se está moviendo demasiado rápido para tener tiempo para un refrigerio. Nunca antes se había visto nada parecido, pero fue capturado accidentalmente por el telescopio espacial Hubble de la NASA.
“Creemos que estamos viendo un rastro brillante detrás del agujero negro, donde el gas se enfría y puede formar estrellas. Así que estamos viendo la formación de estrellas siguiendo a los agujeros negros”, dijo Pieter van Dokkum de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut. “Lo que estamos viendo son consecuencias. Como el ascenso detrás de un barco, estamos viendo el ascenso detrás del agujero negro”. Este camino debe estar lleno de nuevas estrellas, ya que es casi la mitad de brillante que la galaxia anfitriona con la que está asociado.
El agujero negro está ubicado en un extremo de una columna que se extiende hacia su galaxia madre. Hay un nodo de oxígeno ionizado muy brillante en el extremo más externo de la columna. Los investigadores creen que el gas podría ser sacudido y calentado por el movimiento del agujero negro que golpea el gas, o podría ser la radiación de un disco de acreción alrededor del agujero negro. “El gas que se encuentra frente a él es impactado por este impacto supersónico de muy alta velocidad del agujero negro que se mueve a través del gas. La forma exacta en que funciona aún no se conoce realmente”, dijo van Dokkum.
“Fue puramente accidental que lo descubrimos por accidente”, agregó van Dokkum. Estaba buscando cúmulos globulares en una galaxia enana cercana. “Estaba escaneando la imagen del Hubble y luego noté que teníamos una pequeña raya. Inmediatamente pensé: “Oh, un rayo cósmico golpea el detector de la cámara y crea un artefacto de imagen lineal”. Cuando retiramos el rayo cósmico, nos dimos cuenta de que todavía estaba allí. No se parece a nada que hayamos visto antes”.
Esta imagen de archivo del Telescopio Espacial Hubble captura una característica lineal curiosa, tan inusual que fue descartada como un artefacto de imagen de la cámara del Hubble por primera vez. Pero las observaciones espectrales posteriores revelaron que se trataba de una secuencia de estrellas azules jóvenes de 200.000 años luz de largo. Un agujero negro supermasivo se encuentra en la cabeza de puente inferior izquierda. El agujero negro es expulsado de la galaxia en la parte superior derecha. Comprime el gas dejando un largo rastro de estrellas azules jóvenes. Nunca antes se había visto algo así en el universo. Este evento inusual ocurrió cuando el universo tenía aproximadamente la mitad de su edad actual. Créditos: Ciencia: NASA, ESA, Pieter van Dokkum (Yale), Procesamiento de imágenes: Joseph DePasquale (STScI)
Debido a que era tan extraño, van Dokkum y su equipo monitorearon el espectro en el Observatorio WM Keck en Hawai. Él describe el rastro de estrellas como “bastante sorprendente, muy, muy brillante y muy inusual”. Esto llevó a la conclusión de que estaba observando las secuelas de un agujero negro que atravesaba un halo de gas que rodeaba la galaxia anfitriona.
Estos picos intergalácticos podrían ser el resultado de múltiples colisiones de agujeros negros supermasivos. Los astrónomos sospechan que las dos primeras galaxias se fusionaron hace quizás 50 millones de años. Eso reunió dos agujeros negros supermasivos en sus centros. Se orbitan entre sí como un agujero negro binario.
Luego apareció otra galaxia con su propio agujero negro supermasivo. Esto sigue el viejo modismo: “dos compañeros y tres son una multitud”. Los tres agujeros negros lo mezclan dando como resultado una configuración caótica e inestable. Uno de los dos agujeros negros roba el impulso de los otros dos y es expulsado de la galaxia anfitriona. El binario original puede haber permanecido intacto, o el nuevo agujero negro alterno puede haber reemplazado a uno de los dos agujeros negros en el binario original y eliminado al compañero anterior.
Cuando el único agujero negro vuela en una dirección, los agujeros negros binarios volarán en la dirección opuesta. Hay una característica vista en el lado opuesto de la galaxia anfitriona que podría ser un agujero negro binario fuera de control. La clara evidencia de esto es que no hay señales de un agujero negro activo en el núcleo galáctico. El siguiente paso fue hacer observaciones de seguimiento con el Telescopio Espacial James Webb de la NASA y el Observatorio de rayos X Chandra para confirmar la explicación del agujero negro.
El próximo telescopio espacial romano Nancy Grace de la NASA contará con una vista de gran angular del universo con la exquisita resolución del Hubble. Como telescopio de exploración, los observadores romanos pudieron encontrar muchos de estos raros e improbables “rastros de estrellas” en otras partes del universo. Según van Dokkum, esto puede requerir aprendizaje automático para usar algoritmos que son muy buenos para encontrar formas extrañas específicas en otro mar de datos astronómicos.
El trabajo de investigación fue publicado el 6 de abril en el Astrophysical Journal.
Referencia: “Candidato que huye de un agujero negro supermasivo determinado por los choques y la formación de estrellas al despertar” por Pieter van Dokkum, Imad Pasha, Maria Luisa Buzzo, Stephanie LaMᴀssa, Zili Shen, Michael A Keim, Roberto Abraham, Charlie Conroy, Shany Danieli, Kaustav Mitra, Daisuke Nagai, Priyamvada Natarajan, Aaron J. Romanowsky, Grant Tremblay, C. Megan Urry y Frank C. van den Bosch, 6 de abril de 2023, The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/acba86
El telescopio espacial Hubble es un proyecto de colaboración internacional entre la NASA y la ESA. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la asociación de universidades para el estudio de la astronomía, en Washington, DC
