El caos entre agujeros negros.

CID-42: ¿Un agujero negro tirachinas?

Imagen compuesta de CID-42 formada por luz óptica y rayos X.

Se han encontrado evidencias de un agujero negro que retrocede utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra, XMM-Newton, el Telescopio Espacial Hubble (HST) y varios telescopios terrestres. Un nuevo artículo informa que este retroceso en el agujero negro fue causado por un efecto de tirachinas producido en un sistema triple de agujeros negros, o por los efectos de las ondas gravitacionales producidas después de que dos agujeros negros supermasivos se fusionaron unos pocos millones de años antes.

Imagen de CID-42 en rayos X.

El descubrimiento de este objeto, ubicado en esta imagen compuesta, proviene de una gran sondeo de longitud de onda múltiple, conocida como Cosmic Evolution Survey (COSMOS). Este sondeo incluye datos de Chandra, HST, XMM-Newton, así como observatorios terrestres. De las 2.600 fuentes de rayos X que se encuentran en COSMOS, solo una, llamada CID-42 y ubicada en una galaxia a unos 3.900 millones de años luz de distancia, coincide con dos fuentes ópticas compactas muy cercanas. En esta imagen, la fuente de rayos X detectada por Chandra es de color azul, mientras que los datos de Hubble se ven en oro. Las dos fuentes blancas cerca del centro de la imagen se ven en los datos ópticos HST, pero están demasiado cerca para que Chandra las resuelva por separado.

La larga cola de la galaxia sugiere que se ha producido una fusión entre galaxias hace relativamente poco tiempo, solo unos pocos millones de años atrás. Los datos del Very Large Telescope y el telescopio Magellan dan evidencia de que hay una gran diferencia en la velocidad entre las dos fuentes ópticas de al menos unos tres millones de millas por hora.

El telescopio espacial de rayos X - XMM-Newton de ESA.
Crédito: ESA.

Los espectros de rayos X de Chandra y XMM-Newton brindan información adicional sobre CID-42. La absorción del gas rico en hierro muestra que el gas se aleja rápidamente de nosotros en el resto de la galaxia. Esto podría ser gas en la galaxia entre nosotros y uno de los agujeros negros que está cayendo en el agujero negro, o podría ser gas en el otro lado del agujero negro que está volando.

En conjunto, estas piezas de información permiten dos escenarios diferentes para lo que está sucediendo en este sistema y la naturaleza de las dos fuentes ópticas en el centro de la imagen. En el primer escenario, los investigadores conjeturan que un encuentro de tres agujeros negros fue producido por un proceso de dos pasos. Primero, una colisión entre dos galaxias creó una galaxia con un par de agujeros negros en una órbita cercana. Antes de que estos agujeros negros pudieran fusionarse, se produjo otra colisión de galaxias, y otro agujero negro supermasivo se disparó en espiral hacia el par de agujeros negros existente.

La interacción entre los tres agujeros negros resultó en la expulsión del más ligero. En este caso, la fuente en la parte inferior izquierda del par central de fuentes ópticas es un núcleo galáctico activo (AGN) alimentado por material que es arrastrado y cae sobre el agujero negro supermasivo que escapa. La fuente en la parte superior derecha del par central es un AGN que contiene el agujero negro que resultó de una fusión entre los dos agujeros negros restantes.

El telescopio espacial de rayos X Chandra de la NASA.

En este escenario de tirachinas, la absorción de rayos X de alta velocidad se puede explicar como un viento de alta velocidad que sopla desde el AGN en la esquina superior derecha que absorbe la luz del AGN en la esquina inferior izquierda. Basado en su espectro óptico, se piensa que el AGN en la esquina superior derecha está oscurecido por un toro de polvo y gas. En casi todos los casos, un viento de dicho AGN sería indetectable, pero aquí está iluminado por el otro AGN, lo que da la primera evidencia de que existen vientos rápidos en AGN oscurecido.

Una explicación alternativa propone una fusión entre dos agujeros negros supermasivos en el centro de la galaxia. La asimetría de las ondas gravitatorias emitidas en este proceso causó que el agujero negro fusionado fuera expulsado del centro de la galaxia. En este escenario, el agujero negro expulsado es la fuente puntual en la parte inferior izquierda del par central y un grupo de estrellas que queda en el centro de la galaxia se encuentra en la esquina superior derecha. La absorción observada de rayos X sería causada por el gas cayendo sobre el agujero negro que retrocede.

Las observaciones futuras pueden ayudar a eliminar o apoyar aún más uno de estos escenarios. Un equipo de investigadores dirigido por Francesca Civano y Martin Elvis del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA) publicará su trabajo en CID-42 en la edición del 1 de julio de The Astrophysical Journal.

El telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA.
Crédito: ESA/Hubble & NASA.

El segundo escenario, relativo al retroceso de un agujero negro supermasivo causado por una patada de ondas gravitacionales, ha sido propuesto recientemente por Peter Jonker del Instituto Holandés para la Investigación Espacial en Utrecht como una posible explicación para una fuente en una galaxia diferente. En este estudio, dirigido por Peter Jonker del Instituto Holandés para la Investigación Espacial en Utrecht, se descubrió una fuente de rayos X Chandra cerca de diez mil años luz, en proyección, lejos del centro de una galaxia. Tres posibles explicaciones para este objeto son que es un tipo inusual de supernova, o una fuente de rayos X ultraluminoso con una contraparte óptica muy brillante o un agujero negro supermasivo que retrocede como resultado de una patada de ondas gravitacionales.

Crédito:
Rayos X: NASA / CXC / SAO / F.Civano et al. 
Óptico: NASA / STScI

• Publicado en Chandra el 30 de junio de 2010