Agencias, Ciudad de México.- Varios grupos de investigación internacionales han confirmado la teoría de que hay un agujero negro orbitando otro de mayor tamaño en la galaxia OJ 287, a 3,500 millones de años luz.

En 2021, el cazador de exoplanetas TESS de la NASA apuntó hacia esta galaxia para ayudar a los astrónomos a confirmar la teoría propuesta inicialmente por investigadores de la Universidad de Turku, Finlandia, de dos agujeros negros en el centro de la galaxia. Los investigadores encontraron evidencia indirecta de que un agujero negro muy masivo en OJ 287 está orbitando un agujero negro gigante 100 veces su tamaño.

Para verificar la existencia del agujero negro más pequeño, TESS monitoreó el brillo del agujero negro primario y el chorro asociado a él. La observación directa del agujero negro más pequeño orbitando al más grande es muy difícil, pero su presencia fue revelada a los investigadores por un repentino estallido de brillo.

El satélite TESS detectó la llamarada prevista el 12 de noviembre de 2021 a las 02.00 UTC, y las observaciones fueron publicadas recientemente en un estudio en The Astrophysical Journal por Shubham Kishore, Alok Gupta (Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences, India) y Paul Wiita (The College of New Jersey, EE. UU.).

El evento duró solo 12 horas. Esta corta duración demuestra que es muy difícil encontrar una explosión de gran brillo a menos que se conozca de antemano su momento. En este caso, la teoría de los investigadores de Turku resultó correcta y TESS fue dirigido a OJ 287 en el momento justo. El descubrimiento también fue confirmado por el telescopio Swift de la NASA, que también estaba apuntando al mismo objetivo.

Además, una gran colaboración internacional dirigida por Staszek Zola de la Universidad Jagellónica de Cracovia, Polonia, detectó el mismo evento utilizando telescopios en diferentes partes de la Tierra, de modo que siempre fue de noche al menos en una de las ubicaciones de los telescopios durante todo el día. Además, un grupo de la Universidad de Boston, dirigido por Svetlana Jorstad y otros observadores confirmó el descubrimiento al estudiar la polarización de la luz antes y después de la llamarada.

En un nuevo estudio que combina todas las observaciones anteriores, el profesor Mauri Valtonen y su equipo de investigación de la Universidad de Turku han demostrado que el estallido de luz de 12 horas provino del agujero negro más pequeño en órbita y sus alrededores. Este estudio fue publicado en The Astrophysical Journal Letters.

El rápido estallido de brillo se produce cuando el agujero negro más pequeño “se traga” una gran porción del disco de acreción que rodea al agujero negro más grande, convirtiéndolo en un chorro de gas hacia afuera.

Un método aún más simple es tomar un tramo de la antigua curva de luz de OJ 287 y deslizarla hacia adelante en el eje del tiempo hasta el tiempo futuro. No necesita necesariamente ninguna teoría astrofísica que lo respalde. Es un método puramente fenomenológico y todo lo que requiere es que haya algún tipo de repetibilidad en el sistema. Este método se ha utilizado para justificar campañas de observación durante períodos de tiempo específicos. La experiencia pasada es que el método de deslizamiento sobre el eje del tiempo es útil con aproximadamente 1 año de precisión; es decir, puede utilizarse para justificar el inicio de campañas de observación durante una temporada de observación específica independientemente de cualquier teoría astrofísica.

El número total de parámetros es ocho. El método resuelve los parámetros mediante un método convergente similar al método de Newton-Raphson. El método requiere los tiempos exactos de nueve llamaradas y resuelve los tiempos correctos para otras ocho llamaradas que han sido suficientemente observadas. Además, satisface estrictas limitaciones de observación en muchos casos en los que no se observó una llamarada, pero la región de la curva de luz está densamente cubierta por límites superiores. Aunque el método convergente es eficiente, todavía requiere millones de soluciones orbitales para descubrir el rango de incertidumbres de los parámetros, además de sus valores más probables.

El chorro del agujero negro más pequeño es entonces más brillante que el del agujero negro más grande durante aproximadamente 12 horas. Esto hace que el color de OJ287 sea menos rojizo, o amarillo, en lugar del rojo normal. Después del estallido, el color rojo regresa. El color amarillo indica que durante el período de 12 horas, estamos viendo la luz del agujero negro más pequeño. Los mismos resultados se pueden inferir de otras características de la luz emitida por OJ287 durante el mismo período de tiempo.

“Por lo tanto, ahora podemos decir que hemos ‘visto’ un agujero negro en órbita por primera vez, de la misma manera que podemos decir que TESS ha visto planetas orbitando alrededor de otras estrellas. Y al igual que con los planetas, es extremadamente difícil obtener una imagen directa del agujero negro más pequeño. De hecho, debido a la gran distancia de OJ 287, que es cercana a los cuatro mil millones de años luz, probablemente pasará mucho tiempo antes de que nuestros métodos de observación se hayan desarrollado lo suficiente como para capturar una imagen incluso del agujero negro más grande”, dice en un comunicado el profesor Valtonen.

“Sin embargo, el agujero negro más pequeño pronto puede revelar su existencia de otras maneras, ya que se espera que emita ondas gravitacionales de nano-Hertz. Las ondas gravitacionales de OJ 287 deberían ser detectables en los próximos años por los conjuntos de cronometraje de púlsares en maduración”, dice A. Gopakumar del Instituto Tata de Investigación Fundamental en la India.

Con la posterior adición de la lateralidad del disco (es decir, desde qué lado vemos el disco), la interacción espín-órbita, la flexión del disco y los términos relativistas generales de la cola, podemos decir que la solución completa del problema del OJ 287 es actualmente comparable en precisión a los estudios en el sistema solar. Por ejemplo, podemos predecir los tiempos de nuevas llamaradas en OJ 287 con la misma precisión relativa que la próxima aparición del cometa Halley en el sistema solar interior.

Las llamaradas estándar se interpretan como resultado de los impactos de la secundaria sobre el disco de acreción. Esto provoca radiación térmica de las burbujas de gas que se desprenden del disco. Por el contrario, las llamaradas del propio secundario estarían asociadas al chorro del BH secundario. Esta emisión aparecería además de la emisión normal del chorro primario durante breves períodos de tiempo cuando el lóbulo de Roche del secundario está inundado por el gas del disco. Aunque el secundario tiene una masa 122 veces menor que el primario, durante estos episodios especiales, la emisión del chorro secundario puede superar la emisión del chorro primario y manifestarse como una variabilidad intradiaria (IDV) de gran amplitud.

Descubrieron que en el pasado solo hubo una observación en la noche en cuestión. Esto sucedió en 1947 cuando se tomó una placa fotográfica en el Observatorio Sonneberg en Alemania, incluyendo la posición de OJ 287 en el cielo, en el momento adecuado en JD 2432287, obviamente con otros fines. Uno de nosotros (R.H.) ha confirmado que el límite de detección en esta placa era bastante pobre y no se puede ver nada en la posición de OJ 287. Por lo tanto, la detección no habría sido posible.

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