En un evento cósmico raro y peculiar que involucra tres agujeros negros masivos, los científicos se han topado con un fenómeno sin precedentes: un agujero negro supermasivo que se precipita a través del espacio a velocidades increíbles, dejando a su paso un rastro de nuevas estrellas que se extiende por más de 200,000 años luz. El rastro de la formación estelar, capturado accidentalmente por el telescopio espacial Hubble de la NASA, es el resultado del movimiento del agujero negro a través del espacio intergaláctico y su impacto en el gas que se encuentra delante de él, lo que desencadena el nacimiento de nuevas estrellas. El evento es similar a un juego de billar galáctico, probablemente causado por múltiples colisiones entre agujeros negros supermasivos. Los astrónomos ahora están ansiosos por investigar este evento extraordinario utilizando el Telescopio Espacial James Webb y el Observatorio de rayos X Chandra.
Un extraño puente de 200.000 años luz de largo une una galaxia con su agujero negro que se escapa
Incluso los detalles más pequeños en el universo pueden tener implicaciones significativas, como descubrió el astrónomo de Yale Pieter van Dokkum cuando vio lo que pensó que era un rasguño en una película fotográfica mientras examinaba imágenes del Telescopio Espacial Hubble. Para las cámaras electrónicas de Hubble, los rayos cósmicos aparecen como “arañazos” en el detector. Sin embargo, después de realizar una espectroscopia en la racha peculiar, van Dokkum se dio cuenta de que en realidad era una cadena de estrellas azules jóvenes de 200.000 años luz de largo ubicada en la mitad del universo. Van Dokkum y sus colegas creen que la cadena une un monstruoso agujero negro fugitivo con la galaxia de la que fue expulsado. A medida que el agujero negro atraviesa el espacio, está comprimiendo gas a lo largo de su camino, que luego se condensa y forma nuevas estrellas. Este extraordinario fenómeno nunca antes se había observado en ningún otro lugar del universo.
La imagen muestra una interpretación artística de un agujero negro supermasivo que fue expulsado a la fuerza de su galaxia de origen tras una interacción gravitatoria con otros dos agujeros negros. A medida que el agujero negro viaja a través del espacio intergaláctico, comprime el gas delgado que se encuentra frente a él, lo que da como resultado la formación de estrellas azules brillantes. La ilustración se basa en las observaciones realizadas por el Telescopio Espacial Hubble de un rastro de estrellas de 200.000 años luz de largo dejado por el agujero negro que se escapa. Este increíble fenómeno fue capturado con la ayuda de la NASA, la ESA y Leah Hustak (STScI).
El Telescopio Espacial Hubble observa un posible agujero negro fuera de control dejando atrás una corriente de estrellas.
Un objeto masivo e invisible atraviesa el espacio intergaláctico a velocidades increíbles, con el potencial de viajar de la Tierra a la Luna en solo 14 minutos si estuviera en nuestro sistema solar. Este objeto es un agujero negro supermasivo, que pesa hasta 20 millones de veces más que nuestro Sol, y ha dejado tras de sí una “estela” sin precedentes de estrellas recién formadas que se extiende a lo largo de 200.000 años luz, el doble del diámetro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Los científicos creen que este fenómeno único puede haber causado tres de un encuentro cósmico raro e inusual entre agujeros negros masivos, similar a un juego de billar galáctico. El descubrimiento se realizó utilizando el Telescopio Espacial Hubble.
En lugar de hacer emerger estrellas delante de él, como un Pac-Man cósmico, el veloz agujero de la falta se está abriendo paso en el 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 como para tomarse un refrigerio. Nunca antes se había visto nada parecido, pero fue capturado accidentalmente por el Telescopio Espacial HuƄle de la N.A.S.A.
Pieter van Dokkum de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut, explicó: “Creemos que estamos observando una estela detrás del agujero negro donde el gas se enfría y forma estrellas. Por lo tanto, estamos observando la formación de estrellas en el rastro detrás del agujero negro, similar a la estela detrás de un barco”. Se espera que el rastro tenga una gran cantidad de nuevas estrellas, ya que es casi la mitad de brillante que su galaxia anfitriona.
Al final de la columna, donde se conecta con su galaxia madre, hay un nudo brillante de oxígeno ionizado. Los científicos especulan que este nudo se forma a partir del gas calentado y chocado resultante del impacto de alta velocidad del agujero negro, o podría ser la radiación de un disco de acreción alrededor del agujero negro. Pieter van Dokkum de la Universidad de Yale afirmó que el gas frente al agujero negro recibe una descarga debido a su velocidad supersónica, pero el mecanismo exacto aún no se comprende por completo.
Pieter van Dokkum mencionó que el descubrimiento fue inesperado. Originalmente estaba buscando cúmulos de estrellas globulares en una galaxia enana cercana cuando notó una raya en la imagen de HuƄƄle. Inicialmente pensó que era el resultado de un rayo cósmico que golpeaba el detector de la cámara y causaba un artefacto lineal. Sin embargo, luego de una mayor investigación, se dieron cuenta de que no era un problema técnico y que habían descubierto algo verdaderamente único.
El telescopio espacial Hubble capturó una foto de archivo de una característica lineal peculiar que inicialmente se descartó como un artefacto de imagen. Sin embargo, las observaciones espectroscópicas de seguimiento mostraron que se trataba de una cadena de estrellas azules jóvenes, que se extendía a lo largo de 200.000 años luz. En la punta inferior izquierda del puente se encuentra un agujero negro supermasivo que fue expulsado de la galaxia en la parte superior derecha. A medida que el agujero negro atraviesa el gas, lo comprime y desencadena la formación de nuevas estrellas, dejando un rastro de jóvenes estrellas azules. Este evento sin precedentes ocurrió a la mitad de la edad del universo. El crédito es para Science: N.A.S.A, ESA, Pieter van Dokkum (Yale) y Joseph DePasquale (STScI) por el procesamiento de imágenes.
Después de descartar inicialmente la característica lineal como un artefacto de imagen, van Dokkum y su equipo realizaron una espectroscopia de seguimiento utilizando los Observatorios W. M. Keck en Hawái. El rastro de estrellas revelado a través de la espectroscopia fue descrito por van Dokkum como “bastante asombroso, muy brillante y muy inusual”. Esto llevó al equipo a concluir que estaban observando las secuelas de un agujero negro que viajaba a través de un halo de gas que rodeaba la galaxia anfitriona.
Los astrónomos creen que este fenómeno intergaláctico es el resultado de múltiples fusiones de agujeros negros supermasivos. Se sospecha que las dos primeras galaxias se fusionaron hace aproximadamente 50 millones de años, lo que unió sus dos agujeros negros supermasivos en el centro, formando un sistema binario de agujeros negros que giraba uno alrededor del otro.
Se cree que la formación de esta estructura intergaláctica ocurrió debido a una serie de colisiones entre múltiples agujeros negros supermasivos. Según los astrónomos, las dos primeras galaxias se fusionaron hace unos 50 millones de años, lo que reunió a sus respectivos agujeros negros supermasivos en el centro. Estos agujeros negros orbitaban entre sí, formando un agujero negro binario. Más tarde, una tercera galaxia con su propio agujero negro supermasivo entró en escena, creando un sistema inestable y caótico. Uno de los agujeros negros ganó impulso de los demás y, como resultado, fue expulsado de la galaxia anfitriona. No está claro si el compañero del sistema binario original permanece intacto o si el nuevo agujero negro intercalado reemplazó a uno de los dos en el sistema binario, y finalmente expulsó al anterior.
Después de la expulsión del único agujero negro, los agujeros negros binarios se movieron en la dirección opuesta, posiblemente dejando una característica en el lado opuesto de la galaxia anfitriona. La ausencia de un agujero negro activo en el núcleo de la galaxia proporciona evidencia circunstancial de este escenario. El próximo curso de acción es realizar más observaciones utilizando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA y el Observatorio de rayos X Chandra para confirmar la hipótesis del agujero negro.
El próximo telescopio espacial romano Nancy Grace de la N.A.S.A proporcionará una vista de gran angular del universo con una alta resolución similar a la del telescopio Hubble. Como telescopio de exploración, es posible que el telescopio romano pueda detectar más de estas “rayas de estrellas” inusuales en otras partes del universo, lo que requeriría el uso de algoritmos de aprendizaje automático capaces de identificar formas específicas e inusuales en grandes cantidades de astros. datos, según van Dokkum.
El Astrophysical Journal Letters publicó el artículo de investigación el 6 de abril.
El artículo de investigación titulado “Un agujero negro supermasivo fugitivo candidato identificado por choques y formación de estrellas en su estela” se publicó el 6 de abril de 2023 en The Astrophysical Journal Letters. Los autores del artículo son Pieter van Dokkum, Imad Pasha, Maria Luisa Buzzo, Stephanie LaMassa, 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. El DOI del artículo es 10.3847/2041-8213/acba86.
El Telescopio Espacial Hubble es una colaboración entre la N.A.S.A y la Agencia Espacial Europea (ESA). El telescopio es administrado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, mientras que sus operaciones científicas son realizadas por el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore. STScI opera en nombre de N.A.S.A a través de la asociación de Uniʋersities for Research in Astronomy, ubicada en Washington, D.C.
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