3C186, cuasar.

Hubble detecta un agujero negro supermasivo lanzado fuera del núcleo galáctico.
3C186.

La galaxia 3C186, situada a unos 8 mil millones de años-luz de la Tierra es probablemente el resultado de una fusión de dos galaxias. Esto es apoyado por las colas de marea en forma de arco producidas generalmente por un tirón gravitacional entre dos galaxias que chocan, identificadas por los científicos. La fusión de las galaxias también llevó a una fusión de los dos agujeros negros supermasivos en sus centros y como consecuencia el agujero negro resultante fue expulsado de su galaxia madre por las ondas gravitatorias creadas por la fusión. El cuasar brillante, parecido a una estrella, se puede ver en el centro de la imagen. Su galaxia de acogida anterior es el objeto débil, extendido detrás de él.

Un equipo internacional de astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA ha descubierto un agujero negro supermasivo que ha sido propulsado fuera del centro de la lejana galaxia 3C186. El agujero negro fue probablemente expulsado por el poder de las ondas gravitatorias. Esta es la primera vez que los astrónomos encuentran un agujero negro supermasivo a una distancia tan grande de su centro galáctico de acogida.

El Hubble.
Aunque otros sospechosos de fugitivos agujeros negros se han visto en otros lugares, ninguno hasta ahora ha sido confirmado. Ahora los astrónomos que usan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA han detectado un agujero negro supermasivo, con una masa de mil millones de veces la del Sol, siendo expulsados ​​de su galaxia madre. "Estimamos que tomó la energía equivalente de 100 millones de supernovas explotando simultáneamente para deshacerse del agujero negro", describe Stefano Bianchi, co-autor del estudio, de la Roma Tre University, Italia.

Las imágenes tomadas por Hubble proporcionaron la primera pista de que la galaxia, llamada 3C186, era inusual. Las imágenes de la galaxia, ubicadas a 8 mil millones de años luz de distancia, revelaron un cuasar brillante, la firma energética de un agujero negro activo, situado lejos del núcleo galáctico. "Los agujeros negros residen en los centros de galaxias, por lo que es raro ver un cuasar que no está en el centro de la galaxia", recuerda el líder del equipo, Marco Chiaberge, investigador de ESA-AURA en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Estados Unidos.

El equipo calculó que el agujero negro ya ha viajado unos 35.000 años luz desde el centro de la galaxia anfitriona, se trata de más de la distancia entre el Sol y el centro de la Vía Láctea. Y continúa su vuelo a una velocidad de 7,5 millones de kilómetros por hora [1]. A esta velocidad el agujero negro podría viajar de la Tierra a la Luna en tres minutos.

Aunque no se pueden excluir otros escenarios para explicar las observaciones, la fuente más plausible de la energía propulsiva es que este agujero negro supermasivo recibió una patada por las ondas gravitacionales [2] desencadenada por la fusión de dos agujeros negros masivos en el centro de su galaxia anfitriona. Esta teoría está apoyada por colas de marea en forma de arco identificadas por los científicos, producidas por un tirón gravitatorio entre dos galaxias colisionando.

Ondas gravitatorias expulsan agujero negro de la galaxia.
Esta ilustración muestra cómo dos agujeros negros supermasivos se fusionaron para formar un único agujero negro que luego fue expulsado de su galaxia madre.
Panel 1: Dos galaxias interactúan y finalmente se fusionan entre sí. Los agujeros negros supermasivos en sus centros se atraen entre sí.
Panel 2: Tan pronto como los agujeros negros supermasivos se acercan comienzan a orbitarse entre sí, creando ondas gravitatorias fuertes.
Panel 3: A medida que irradian la energía gravitatoria, los agujeros negros se acercan unos a otros con el tiempo y finalmente se fusionan.
Panel 4: Si los dos agujeros negros no tienen la misma masa y velocidad de rotación, emiten ondas gravitacionales más fuertemente a lo largo de una dirección. Cuando los dos agujeros negros finalmente chocan, dejan de producir ondas gravitacionales y el agujero negro recién fusionado retrocede en la dirección opuesta a las ondas gravitatorias más fuertes y es sacado de su galaxia madre.
Crédito:
NASA, ESA / Hubble y A. Feild / STScI

De acuerdo con la teoría presentada por los científicos, se calcula que hace entre 1 ó 2  mil millones de años, dos galaxias cada una con un agujero negro supermasivo central se fusionaron. Los agujeros negros giraron alrededor uno del otro en el centro de la recién formada galaxia elíptica, creando ondas gravitatorias que fueron arrojadas como el agua de un rociador de césped [3]. Como los dos agujeros negros no tenían la misma masa y velocidad de rotación, emitían ondas gravitacionales más fuertemente a lo largo de una dirección. Cuando los dos agujeros negros finalmente se fusionaron, la emisión anisotrópica de las ondas gravitacionales generó una patada que disparó el agujero negro resultante fuera del centro galáctico.

"Si nuestra teoría es correcta, las observaciones proporcionan una fuerte evidencia de que los agujeros negros supermasivos pueden fusionarse", explica Stefano Bianchi sobre la importancia del descubrimiento. "Ya hay pruebas de colisiones de agujeros negros para los agujeros negros de masa estelar, pero el proceso que regula los agujeros negros supermasivos es más complejo y aún no se entiende completamente".

Los investigadores tienen la suerte de haber capturado este evento único porque no todas las fusiones de agujeros negros producen desequilibradas ondas gravitacionales que propulsan un agujero negro fuera de la galaxia. El equipo ahora quiere asegurar un mayor tiempo de observación con el Hubble, en combinación con el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) y otras instalaciones, para medir con mayor precisión la velocidad del agujero negro y su disco de gas circundante dentro de la naturaleza de este objeto raro.

Notas:
[1] Como el agujero negro no se puede observar directamente, la masa y la velocidad de los agujeros negros supermasivos se determinaron a través del análisis espectroscópico de su gas circundante.

[2] Predicho por primera vez por Albert Einstein, las ondas gravitacionales son ondulaciones en el espacio que se crean por la aceleración de objetos masivos. Las ondulaciones son similares a los círculos concéntricos producidos cuando se arroja una roca en un estanque. En el año 2016, el Observatorio de Ondas Gravitatorias (LIGOayudó a los astrónomos a demostrar que las ondas gravitacionales existen detectando que emanan de la unión de dos agujeros negros de masa estelar, que son varias veces más masivos que el Sol.

[3] Los agujeros negros se acercan con el tiempo a medida que irradian energía gravitatoria.

Más información.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.

Los resultados del estudio se presentaron en el artículo "El caso desconcertante de la radio alta QSO 3C 186: una onda gravitacional retrocediendo agujero negro en una joven fuente de radio", para aparecer en la revista Astronomy & Astrophysics, puede encontrarlo en línea aquí.

El equipo internacional de astrónomos de este estudio está formado por Marco Chiaberge (STScI, EE.UU., Universidad Johns Hopkins, EE.UU.), Justin C. Ely (STScI, EE.UU.), Eileen Meyer (Universidad de Maryland, Condado de Baltimore, EE.UU.), Markos Georganopoulos , Andrea Marinucci (Università degli Studi Roma Tre, Italia), Stefano Bianchi (Università degli Studi Roma Tre, Italia), Grant R. Tremblay (Universidad de Yale, Estados Unidos de América) , Brian Hilbert (STScI, EE.UU.), John Paul Kotyla (STScI, EE.UU.), Alessandro Capetti (INAF - Osservatorio Astrofísico de Torino, Italia), Stefi Baum (Universidad de Manitoba, Canadá), F. Duccio Macchetto (STScI, , George S. Miley (Universidad de Leiden, Países Bajos), Christopher O'Dea (Universidad de Manitoba, Canadá), Eric S. Perlman (Instituto de Tecnología de la Florida, EE.UU.), William B. Sparks (STScI, EE.UU.) y Colin Norman , EE.UU., Universidad Johns Hopkins, EE.UU.)

Crédito de la imagen: 
NASA, ESA, M. Chiaberge (STScI / ESA)

Publicado en Hubble el 23 de marzo del 2.017.

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