Los astrónomos, utilizando el Observatorio Swift de la NASA y el Zwicky Transient Facility, han captado un extraordinario evento cósmico: dos agujeros negros supermasivos compartiendo una comida de la misma nube de gas colosal. Ubicados a mil millones de años luz de distancia en el corazón de la galaxia 2MASX J21240027+3409114, estos agujeros negros, cada uno con una masa combinada de 40 millones de soles, orbitan uno alrededor del otro en una danza cósmica mortal. El descubrimiento marca la primera vez que se ha observado una interacción de este tipo, ofreciendo información sin precedentes sobre las fuerzas gravitacionales y los procesos energéticos que gobiernan los agujeros negros.
Los astrónomos han sido testigos de un extraño acontecimiento cósmico a mil millones de años luz de distancia: dos agujeros negros supermasivos orbitando uno alrededor del otro y compartiendo una única nube de gas. Este espectacular descubrimiento, realizado con el Observatorio Swift de la NASA y la Zwicky Transient Facility (ZTF), ofrece información revolucionaria sobre cómo interactúan los agujeros negros con su entorno y las fuerzas gravitacionales que impulsan su eventual colisión. Los hallazgos se publicaron en Astronomy and Astrophysics y marcan un hito importante en el estudio de los sistemas binarios de agujeros negros.
Un espectáculo de luces único revela un dúo de agujeros negros poco común
El sistema, ubicado en la galaxia 2MASX J21240027+3409114 , cuenta con dos agujeros negros supermasivos con una masa combinada de 40 millones de soles. Separados por 26.000 millones de kilómetros, los agujeros negros orbitan entre sí cada 130 días. El evento recurrente, conocido como AT 2021hdr , fue detectado por primera vez por ZTF en 2021 como una misteriosa fluctuación de luz, inicialmente confundida con una supernova. El monitoreo continuo por parte del Observatorio Swift de la NASA reveló emisiones ultravioleta y de rayos X sincronizadas con oscilaciones de luz visible, lo que proporcionó evidencia definitiva de que dos agujeros negros comparten una comida.
“Es un evento muy extraño, llamado AT 2021hdr, que se repite cada pocos meses”, explicó Lorena Hernández-García , investigadora principal del Instituto Milenio de Astrofísica y la Universidad de Valparaíso en Chile. “Creemos que una nube de gas envolvió los agujeros negros. A medida que orbitan entre sí, los agujeros negros interactúan con la nube, perturbando y consumiendo su gas. Esto produce un patrón oscilante en la luz del sistema”.
Esta interacción crea explosiones de energía en múltiples longitudes de onda, un fenómeno que rara vez se observa con tanto detalle. La nube de gas, desgarrada por la inmensa gravedad de los agujeros negros, forma filamentos densos y calientes, algunos de los cuales son expulsados del sistema en cada órbita. Estas eyecciones ofrecen una visión en tiempo real de la violenta dinámica de las interacciones entre agujeros negros.
Desentrañando el misterio de las llamaradas repetidas
Las erupciones periódicas de AT 2021hdr, observadas cada 60 a 90 días, desconcertaron a los científicos al principio. Las primeras observaciones indicaban que se trataba de un núcleo galáctico activo típico o de una estrella perturbada por un agujero negro supermasivo. Sin embargo, a medida que las erupciones continuaron en 2022, surgió una imagen más compleja. «Aunque originalmente se pensó que esta llamarada era una supernova, las erupciones de 2022 nos hicieron pensar en otras explicaciones», dijo la coautora Alejandra Muñoz-Arancibia del Instituto Milenio de Astrofísica y el Centro de Modelamiento Matemático de la Universidad de Chile.
Finalmente, el equipo determinó que el sistema implica un agujero negro binario que consume una enorme nube de gas. La interacción gravitatoria entre los agujeros negros y la nube genera una fricción intensa, que calienta el gas a temperaturas extremas y crea los patrones de luz observados. Estos hallazgos perfeccionan los modelos existentes de acreción de agujeros negros y abren nuevas vías para el estudio de los sistemas binarios.
El papel de la NASA en el descubrimiento de secretos cósmicos
Las observaciones fueron el resultado de un esfuerzo conjunto entre el Observatorio Swift de la NASA y el ZTF del Observatorio Palomar. El monitoreo ultravioleta y de rayos X del Swift fue fundamental para identificar los patrones oscilatorios únicos, lo que confirmó que las emisiones de luz se originaron en un sistema binario de agujeros negros.
“A medida que Swift se acerca a su 20.° aniversario, es increíble ver toda la nueva ciencia que todavía está ayudando a la comunidad a lograr”, dijo S. Bradley Cenko , investigador principal de Swift en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. “Todavía hay mucho que nos queda por enseñar sobre nuestro cosmos en constante cambio”.
Los datos también subrayan la importancia de la vigilancia a largo plazo para descubrir fenómenos cósmicos poco comunes. La capacidad de Swift para rastrear las emisiones de luz en diferentes longitudes de onda ha sido crucial para reconstruir la dinámica de este sistema, lo que demuestra las contribuciones constantes del observatorio a la astrofísica de vanguardia.
Una colisión escrita en las estrellas
Los dos agujeros negros están a punto de colisionar y se fusionarán dentro de unos 70.000 años. Cuando colisionen, liberarán una enorme explosión de ondas gravitacionales que enviarán ondas a través del espacio-tiempo. Esta fusión final será una conclusión espectacular para la danza cósmica y ofrecerá información valiosa sobre la mecánica de las fusiones de agujeros negros y sus efectos en la evolución de las galaxias.
La galaxia anfitriona, 2MASX J21240027+3409114 , se está fusionando actualmente con otra galaxia, lo que añade otra capa de complejidad al sistema. La fusión de galaxias alimenta a los agujeros negros con material nuevo, lo que alimenta su voraz consumo. Esta interacción arroja luz sobre cómo las fusiones de galaxias influyen en los agujeros negros supermasivos y los entornos que los rodean.
“Este sistema nos ofrece una visión poco común del ciclo de vida de los agujeros negros binarios y su papel en la formación de las galaxias que los albergan”, señaló Hernández-García. “Es un laboratorio para estudiar las fuerzas más extremas del universo en acción”.