Ilustración artística de OJ287 como un sistema binario de agujeros negros. Un agujero negro secundario de 150 millones de masas solares se mueve alrededor de un agujero negro primario de 18 mil millones de masas solares. Un disco de gas rodea a este último. El agujero negro secundario se ve obligado a chocar con el disco de acreción dos veces durante su órbita de 12 años. El impacto produce un destello azul que se detectó en febrero de 2022. Además, el impacto también induce a un agujero negro secundario a ráfagas brillantes de radiación unas semanas antes, que también se detectaron como una señal directa del agujero negro secundario. Fuente: AAS 2018
En los centros de las galaxias activas hay agujeros negros supermasivos con una masa de varios miles de millones de masas solares. Los astrónomos los observan como núcleos galácticos brillantes, donde el agujero negro supermasivo de la galaxia devora material de un vórtice violento llamado disco de acreción. Parte de la materia se exprime en una poderosa corriente. Este proceso hace que el núcleo de la galaxia brille intensamente en todo el espectro electromagnético.
En un estudio reciente, los astrónomos encontraron evidencia de que dos agujeros negros supermasivos se orbitan entre sí gracias a señales provenientes de chorros asociados con la acumulación de materia en ambos agujeros negros. La galaxia, o cuásar como se le conoce técnicamente, se llama OJ287 y es el sistema binario de agujeros negros mejor estudiado y mejor comprendido. En el cielo, los agujeros negros están tan juntos que se fusionan en un solo punto. El hecho de que el punto en realidad consta de dos agujeros negros se hace evidente cuando se detecta que emite dos tipos diferentes de señales. Los resultados fueron publicados en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
La galaxia activa OJ 287 se encuentra en la dirección de la constelación de Cáncer a una distancia de unos 5 mil millones de años luz y ha sido observada por astrónomos desde 1888. Hace más de 40 años, el astrónomo Aimo Sillanpää de la Universidad de Turku y sus colegas notaron que había un patrón distinto en su emisión que tenía dos ciclos, uno que duraba unos 12 años y otro más largo de unos 55 años. Sugirieron que estos dos ciclos resultan del movimiento orbital de los dos agujeros negros uno alrededor del otro. El ciclo más corto es el ciclo orbital, y el más largo se debe a la lenta evolución de la orientación orbital.
El movimiento orbital es revelado por una serie de destellos que ocurren cuando el agujero negro secundario se sumerge regularmente en el disco de acreción del agujero negro primario a una fracción de la velocidad de la luz. Esta inmersión del agujero negro secundario calienta el material del disco y el gas caliente se libera en forma de burbujas en expansión. Estas burbujas calientes se enfrían durante meses a medida que irradian y provocan un destello de luz, una llamarada, que dura aproximadamente dos semanas y es más brillante que un billón de estrellas.
Después de décadas de esfuerzos para estimar el momento en que el agujero negro secundario se hundió a través del disco de acreción, los astrónomos de la Universidad de Turku en Finlandia, dirigidos por Mauri Valtonen y su colaborador Achamveedu Gopakumar del Instituto Tata de Investigación Fundamental en Mumbai, India, y otros pudieron modelar la órbita y predecir exactamente cuándo ocurrirán estas erupciones.
Las exitosas campañas de observación en 1983, 1994, 1995, 2005, 2007, 2015 y 2019 permitieron al equipo observar los destellos previstos y confirmar la presencia de un par de agujeros negros supermasivos en OJ 287.
“El número total de erupciones pronosticadas ahora es de 26, y casi todas han sido observadas. El agujero negro más grande de este par pesa más de 18 000 millones de masas solares, mientras que el compañero es unas 100 veces más ligero y tiene una órbita alargada en lugar de circular”, dice el profesor Achamveedu Gopakumar.
A pesar de estos esfuerzos, los astrónomos no han podido observar una señal directa del agujero negro más pequeño. Antes de 2021, su existencia solo se deducía indirectamente de las llamaradas y la forma en que hace vibrar el chorro del agujero negro más grande.
“Los dos agujeros negros están tan juntos en el cielo que no se pueden ver por separado, se fusionan en un solo punto en nuestros telescopios. Solo cuando vemos señales claramente separadas de cada agujero negro podemos decir que en realidad los vimos a ambos”, dice el autor principal, el profesor Mauri Valtonen.
Agujero negro más pequeño observado directamente por primera vez
Curiosamente, las campañas de observación en OJ 287 en 2021/2022 utilizando una gran cantidad de telescopios de varios tipos permitieron a los científicos obtener por primera vez observaciones de un agujero negro secundario que se sumerge en el disco de acreción y señales provenientes del propio agujero negro más pequeño.
“El período 2021/2022 fue de particular importancia en los estudios OJ287. Anteriormente se predijo que un agujero negro secundario atravesaría el disco de acreción de su compañero más masivo durante este período. Se esperaba que esta inmersión produjera un destello muy azul justo después de la colisión, y Martin Jelinek y sus colegas de la Universidad Técnica Checa y el Instituto Astronómico Checo lo observaron días después del tiempo previsto”, dice el profesor Mauri Valtonen.
Sin embargo, hubo dos grandes sorpresas: nuevos tipos de bengalas que no se habían detectado antes. El primero se notó solo gracias a la campaña de observación detallada de Staszek Zola de la Universidad Jagellónica de Cracovia, y por una buena razón. Zola y su equipo observaron una gran llamarada, que produjo 100 veces más luz que toda la galaxia, y duró solo un día.
“Se estima que el estallido ocurrió poco después de que el agujero negro más pequeño recibiera una dosis masiva de gas nuevo para ingerir durante su caída. Es el proceso de deglución lo que conduce al brillo repentino de OJ287. Se cree que este proceso mejoró el chorro que sale disparado del agujero negro más pequeño OJ 287. Un evento como este se predijo hace diez años, pero aún no se ha confirmado”, explica Valtonen.
La segunda señal inesperada provino de rayos gamma y fue observada por el telescopio Fermi de la NASA. El mayor estallido de rayos gamma de OJ287 en seis años ocurrió justo cuando un agujero negro más pequeño atravesaba el disco de gas del agujero negro primario. El chorro del agujero negro más pequeño interactúa con el gas del disco y esta interacción produce rayos gamma. Para respaldar esta idea, los investigadores confirmaron que ya había ocurrido un estallido de rayos gamma similar en 2013, cuando el pequeño agujero negro se estrelló contra el disco de gas por última vez cuando se vio desde la misma dirección de observación.
“¿Qué pasa con la llamarada de un día, por qué no la hemos visto antes? OJ287 ha sido fotografiado desde 1888 y rastreado extensamente desde 1970. Resulta que tuvimos mala suerte. Nadie vigilaba de cerca a OJ287 en aquellas noches en que realizaba sus acrobacias de un día. Y sin el seguimiento intensivo del grupo de Zola, esta vez también nos lo habríamos perdido”, afirma Valtonen.
Estos esfuerzos hacen que OJ 287 sea el mejor candidato para un par de agujeros negros supermasivos que emiten ondas gravitacionales a frecuencias de nanohercios. Además, OJ 287 es monitoreado de forma rutinaria tanto por el Event Horizon Telescope (EHT) como por el Global mm-VLBI Array (GMVA) en busca de evidencia adicional de un par de agujeros negros supermasivos en su centro y, en particular, para tratar de obtener una imagen de radio. segundo chorro.
Proporcionado por la Universidad de Turku