El Hubble ve un posible agujero negro que crea un rastro de estrellas

Hay un monstruo invisible suelto, atravesando el espacio intergaláctico tan rápido que si estuviera en nuestro sistema solar, podría viajar de la Tierra a la Luna en 14 minutos. Este agujero negro supermasivo, que pesa hasta 20 millones de masas solares, ha dejado atrás una "estela" de estrellas recién nacidas de 200.000 años luz de tamaño nunca antes vista, el doble del diámetro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Es probable que sea el resultado de un raro y extraño juego de billar galáctico entre tres enormes agujeros negros.

Esta foto de archivo del telescopio espacial Hubble captura una característica lineal curiosa que es tan inusual que primero se descartó como un artefacto de imágenes de las cámaras del Hubble. Pero las observaciones espectroscópicas de seguimiento revelan que se trata de una cadena de estrellas azules jóvenes de 200.000 años luz de largo. Un agujero negro supermasivo se encuentra en la punta del puente en la parte inferior izquierda. El agujero negro fue expulsado de la galaxia en la parte superior derecha. Comprimió gas a su paso para dejar un largo rastro de jóvenes estrellas azules. Nunca antes se había visto algo así en el universo. Este evento inusual ocurrió cuando el universo tenía aproximadamente la mitad de su edad actual. Créditos CIENCIA: NASA, ESA, Pieter van Dokkum (Yale) PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: Joseph DePasquale (STScI)

En lugar de engullir estrellas delante de él, como un Pac-Man cósmico, el veloz agujero negro se abre camino hacia el gas para desencadenar la formación de nuevas estrellas a lo largo de un estrecho corredor. El agujero negro se está moviendo demasiado rápido como para tomarse un refrigerio. Nunca antes se había visto nada parecido, pero fue capturado accidentalmente por el telescopio espacial Hubble de la NASA.

"Creemos que estamos viendo una estela detrás del agujero negro donde el gas se enfría y puede formar estrellas. Entonces, estamos viendo la formación de estrellas detrás del agujero negro", dijo Pieter van Dokkum de la Universidad de Yale en New Haven. Connecticut. "Lo que estamos viendo son las secuelas. Como la estela detrás de un barco, estamos viendo la estela detrás del agujero negro". El rastro debe tener muchas estrellas nuevas, dado que es casi la mitad de brillante que la galaxia anfitriona a la que está vinculado.

El agujero negro se encuentra en un extremo de la columna, que se extiende hasta su galaxia madre. Hay un nudo notablemente brillante de oxígeno ionizado en la punta más externa de la columna. Los investigadores creen que es probable que el gas esté siendo impactado y calentado por el movimiento del agujero negro que golpea el gas, o podría ser la radiación de un disco de acreción alrededor del agujero negro. "El gas que se encuentra frente a él recibe una descarga debido a este impacto supersónico de muy alta velocidad del agujero negro que se mueve a través del gas. No se sabe realmente cómo funciona exactamente", dijo van Dokkum.

"Esto es pura casualidad que nos topamos con él", agregó van Dokkum. Estaba buscando cúmulos de estrellas globulares en una galaxia enana cercana. “Estaba escaneando a través de la imagen del Hubble y luego noté que teníamos una pequeña raya. Inmediatamente pensé, 'oh, un rayo cósmico golpeando el detector de la cámara y causando un artefacto de imagen lineal'. Cuando eliminamos los rayos cósmicos nos dimos cuenta de que todavía estaba allí. No se parecía a nada que hayamos visto antes".

Debido a que era tan extraño, van Dokkum y su equipo realizaron una espectroscopia de seguimiento con los Observatorios W. M. Keck en Hawái. Él describe el rastro de estrellas como "bastante asombroso, muy, muy brillante y muy inusual". Esto llevó a la conclusión de que estaba viendo las consecuencias de un agujero negro que volaba a través de un halo de gas que rodeaba la galaxia anfitriona.

Este cohete intergaláctico es probablemente el resultado de múltiples colisiones de agujeros negros supermasivos. Los astrónomos sospechan que las dos primeras galaxias se fusionaron hace quizás 50 millones de años. Eso reunió dos agujeros negros supermasivos en sus centros. Giraron uno alrededor del otro como un agujero negro binario.

Esta es la impresión de un artista de un agujero negro supermasivo fuera de control que fue expulsado de su galaxia anfitriona como resultado de una pelea entre él y otros dos agujeros negros. A medida que el agujero negro atraviesa el espacio intergaláctico, comprime gas tenue frente a él. Esto precipita el nacimiento de estrellas azules calientes. Esta ilustración se basa en las observaciones del Telescopio Espacial Hubble de una "estela" de estrellas de 200.000 años luz de largo detrás de un agujero negro que se escapa. Créditos OBRA: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Luego apareció otra galaxia con su propio agujero negro supermasivo. Esto sigue el viejo modismo: "dos son compañía y tres son multitud". Los tres agujeros negros mezclándolo dieron lugar a una configuración caótica e inestable. Uno de los agujeros negros robó el impulso de los otros dos agujeros negros y fue expulsado de la galaxia anfitriona. El binario original puede haber permanecido intacto, o el nuevo agujero negro intruso puede haber reemplazado a uno de los dos que estaban en el binario original y expulsado al compañero anterior.

Cuando el único agujero negro despegó en una dirección, los agujeros negros binarios se dispararon en la dirección opuesta. Hay una característica que se ve en el lado opuesto de la galaxia anfitriona que podría ser el agujero negro binario fuera de control. La evidencia circunstancial de esto es que no hay señales de que quede un agujero negro activo en el núcleo de la galaxia. El siguiente paso es hacer observaciones de seguimiento con el Telescopio Espacial James Webb de la NASA y el Observatorio de rayos X Chandra para confirmar la explicación del agujero negro.

El próximo telescopio espacial romano Nancy Grace de la NASA tendrá una vista de gran angular del universo con la exquisita resolución del Hubble. Como telescopio de exploración, las observaciones romanas podrían encontrar más de estas raras e improbables "rayas de estrellas" en otras partes del universo. Esto puede requerir el uso de algoritmos de aprendizaje automático que son muy buenos para encontrar formas extrañas específicas en un mar de otros datos astronómicos, según van Dokkum.

El artículo de investigación se publicará el 6 de abril en The Astrophysical Journal Letters.

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, D.C.

Contacto con los medios

Ray Villard

Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland

Contacto científico

Pieter van Dokkum

Universidad de Yale, New Haven, Connecticut

Imad Pasha

Universidad de Yale, New Haven, Connecticut

Enlaces y documentos relacionados

• Artículo científico: el artículo científico de van Dokkum et al., PDF (4,82 MB)
• Portal Hubble de la NASA
• Lanzamiento del Observatorio Keck
• Lanzamiento de la Universidad de Yale

Publicado en HubbleSite el 6 de abril del 2023, enlace publicación.