Agencias/Ciudad de México.- Observaciones con el telescopio de rayos X Chandra de la NASA han aportado la primera prueba de la existencia de agujeros negros gigantes en galaxias enanas en curso de colisión.
Las colisiones entre las parejas de galaxias enanas identificadas en el nuevo estudio han atraído gas hacia los agujeros negros gigantes que contienen, provocando su crecimiento. Con el tiempo, la probable colisión de los agujeros negros hará que se fusionen en agujeros negros mucho mayores. Las parejas de galaxias también se fusionarán en una sola.
Los científicos creen que el universo estaba inundado de pequeñas galaxias, conocidas como “galaxias enanas”, varios cientos de millones de años después del Big Bang. La mayoría se fusionaron con otras en el pequeño y atestado volumen del universo primitivo, poniendo en marcha la construcción de galaxias cada vez más grandes que ahora se ven en el universo cercano.
Por definición, las galaxias enanas contienen estrellas con una masa total inferior a unos 3,000 millones de veces la del Sol, frente a una masa total de unos 60.000 millones de Soles estimada para la Vía Láctea.
Las primeras galaxias enanas son imposibles de observar con la tecnología actual porque son extraordinariamente débiles a sus grandes distancias. Los astrónomos han podido observar dos en proceso de fusión a distancias mucho más cercanas a la Tierra, pero sin indicios de agujeros negros en ambas galaxias.
“Los astrónomos han encontrado muchos ejemplos de agujeros negros en curso de colisión en grandes galaxias relativamente cercanas”, explica en un comunicado Marko Micic, de la Universidad de Alabama en Tuscaloosa, que dirigió el estudio. “Pero buscarlos en galaxias enanas es mucho más difícil y hasta ahora había fracasado”.
El nuevo estudio superó estos retos llevando a cabo un estudio sistemático de las observaciones profundas de rayos X de Chandra y comparándolas con datos infrarrojos del Wide Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA y datos ópticos del Telescopio Canadá-Francia-Hawaii (CFHT).
[2211.04609] Marko Mićić, Olivia J. Holmes, Brenna N. Wells et al.: Two Candidates for Dual AGN in Dwarf-Dwarf Galaxy Mergers https://t.co/uzq3lA8UD6 https://t.co/OseOE1SBpW #astro_ph_GA
— arXiv astro-ph (@_arXiv_astro_ph) November 10, 2022
Chandra fue útil en este estudio porque el material que rodea a los agujeros negros puede calentarse hasta millones de grados, produciendo grandes cantidades de rayos X. El equipo buscó pares de fuentes brillantes de rayos X en galaxias enanas en colisión como prueba de la existencia de dos agujeros negros, y descubrió dos ejemplos.
“Hemos identificado los dos primeros pares diferentes de agujeros negros en galaxias enanas en colisión”, afirma Olivia Holmes, coautora del estudio y también de la Universidad de Alabama en Tuscaloosa. “Utilizando estos sistemas como análogos de otros del universo primitivo, podemos profundizar en cuestiones sobre las primeras galaxias, sus agujeros negros y la formación estelar que provocaron las colisiones”.
Una pareja se encuentra en el cúmulo de galaxias Abell 133, situado a 760 millones de años-luz de la Tierra. El otro se encuentra en el cúmulo de galaxias Abell 1758S, situado a unos 3.200 millones de años luz. Ambos pares muestran estructuras que son signos característicos de colisiones de galaxias.
La pareja de Abell 133 parece encontrarse en las últimas fases de una fusión entre las dos galaxias enanas, y muestra una larga cola causada por los efectos de las mareas de la colisión. Los autores del nuevo estudio la han apodado “Mirabilis” en honor a una especie de colibrí en peligro de extinción conocida por sus colas excepcionalmente largas. Sólo se eligió un nombre porque la fusión de dos galaxias en una está casi completa.
En Abell 1758S, los investigadores apodaron a las galaxias enanas en fusión “Elstir” y “Vinteuil”, en honor a los artistas ficticios de “En busca del tiempo perdido”, de Marcel Proust. Los investigadores creen que estas dos han quedado atrapadas en las primeras fases de una fusión, lo que ha provocado que un puente de estrellas y gas conecte las dos galaxias en colisión.
Los detalles de la fusión de agujeros negros y galaxias enanas pueden aportar información sobre el pasado de nuestra Vía Láctea. Los científicos creen que casi todas las galaxias comenzaron como galaxias enanas u otros tipos de galaxias pequeñas y crecieron a lo largo de miles de millones de años mediante fusiones.
“Es probable que la mayoría de las galaxias enanas y los agujeros negros del universo primitivo hayan crecido mucho más gracias a las repetidas fusiones”, explica Brenna Wells, coautora del estudio y también de la Universidad de Alabama en Tuscaloosa. “En cierto modo, las galaxias enanas son nuestros antepasados galácticos, que han evolucionado durante miles de millones de años para producir grandes galaxias como nuestra Vía Láctea”.
“Las observaciones de seguimiento de estos dos sistemas nos permitirán estudiar procesos que son cruciales para entender las galaxias y sus agujeros negros como infantes”, dijo el coautor Jimmy Irwin, también de la Universidad de Alabama en Tuscaloosa.
En el último número de The Astrophysical Journal se publica un artículo en el que se describen estos resultados, y la investigación está disponible en el servidor de preimpresiones arXiv.
A new Chandra study has tracked 2 pairs of supermassive black holes in dwarf galaxies on collision courses. This is the first evidence for such an impending encounter, providing important information about the growth of black holes in the early Universe: https://t.co/BL8VtUYd5D pic.twitter.com/eoTYrLNChc
— Chandra Observatory (@chandraxray) February 22, 2023
