Por primera vez, un equipo de astrónomos ha observado varios pares de galaxias en las etapas finales de la fusión en galaxias individuales y más grandes. Mirando a través de gruesas paredes de gas y polvo que rodean los desordenados núcleos de las galaxias fusionadas, el equipo de investigación capturópares de agujeros negros supermasivos, cada uno de los cuales alguna vez ocupó el centro de una de las dos galaxias más pequeñas originales, acercándose antes de unirse en un agujero negro gigante.
Dirigido por el alumno de la Universidad de Maryland Michael Koss MS '07, Ph.D. '11, astronomía, científico investigador de Eureka Scientific, Inc., con contribuciones de astrónomos de la UMD, el equipo encuestó a cientos de galaxias cercanas utilizando imágenesdel Observatorio WM Keck en Hawái y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA. Las observaciones del Hubble representan más de 20 años de imágenes del extenso archivo del telescopio. El equipo describió sus hallazgos en un artículo de investigación publicado el 8 de noviembre de 2018 en la revista Naturaleza .
"Ver los pares de núcleos de galaxias fusionados asociados con estos enormes agujeros negros tan cerca juntos fue bastante sorprendente", dijo Koss. "En nuestro estudio, vemos dos núcleos de galaxias justo cuando se tomaron las imágenes. No se puede discutir cones; es un resultado muy 'limpio', que no depende de la interpretación "
Las imágenes de alta resolución también proporcionan una vista previa en primer plano de un fenómeno que los astrónomos sospechan que era más común en el universo temprano, cuando las fusiones de galaxias eran más frecuentes. Cuando los agujeros negros finalmente chocan, desatarán una poderosa energía en elforma de ondas gravitacionales: ondas en el espacio-tiempo recientemente detectadas por primera vez por los detectores gemelos del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser LIGO.
Las imágenes también presagian lo que probablemente sucederá en unos pocos miles de millones de años, cuando nuestra galaxia, la Vía Láctea, se fusione con la vecina galaxia de Andrómeda. Ambas galaxias albergan agujeros negros supermasivos en su centro, que eventualmente se unirán y se fusionarán en un agujero negro más grande.
El equipo se inspiró en una imagen del Hubble de dos galaxias interactivas denominadas colectivamente NGC 6240, que luego sirvió como prototipo para el estudio. El equipo primero buscó agujeros negros activos y oscurecidos visualmente al examinar 10 años de X-datos de rayos del Telescopio de Alerta de Explosión BAT a bordo del Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA.
"La ventaja de usar el BAT de Swift es que observa rayos X 'duros' de alta energía", dijo el coautor del estudio Richard Mushotzky, profesor de astronomía en la UMD y miembro del Instituto Conjunto de Ciencia Espacial JSI. "Estos rayos X penetran a través de las espesas nubes de polvo y gas que rodean a las galaxias activas, lo que permite a las MTD ver cosas que son literalmente invisibles en otras longitudes de onda".
Luego, los investigadores revisaron el archivo del Hubble, concentrándose en las galaxias fusionadas que detectaron en los datos de rayos X. Luego utilizaron la visión súper nítida e infrarroja cercana del telescopio Keck para observar una muestra más grande de rayos Xque producen agujeros negros que no se encuentran en el archivo de Hubble.
El equipo apuntó a galaxias ubicadas a un promedio de 330 millones de años luz de la Tierra, relativamente cerca en términos cósmicos. Muchas de las galaxias son similares en tamaño a las de la Vía Láctea y las galaxias de Andrómeda. En total, el equipo analizó 96 galaxiasobservado con el telescopio Keck y 385 galaxias del archivo Hubble.
Sus resultados sugieren que más del 17 por ciento de estas galaxias albergan un par de agujeros negros en su centro, que se bloquean en las últimas etapas de la espiral cada vez más juntas antes de fusionarse en un solo agujero negro ultramasivo. Los investigadores fueronsorprendido de encontrar una fracción tan alta de fusiones en etapa tardía, porque la mayoría de las simulaciones sugieren que los pares de agujeros negros pasan muy poco tiempo en esta fase.
Para verificar sus resultados, los investigadores compararon las galaxias encuestadas con un grupo de control de otras 176 galaxias del archivo Hubble que carecen de agujeros negros en crecimiento activo. En este grupo, solo se sospechaba que aproximadamente el uno por ciento de las galaxias encuestadas albergaban pares deagujeros negros en las últimas etapas de fusión juntos.
Este último paso ayudó a los investigadores a confirmar que los núcleos galácticos luminosos encontrados en su censo de galaxias polvorientas que interactúan son de hecho una firma de pares de agujeros negros de rápido crecimiento que se dirigen a una colisión. Según los investigadores, este hallazgo es consistente con las predicciones teóricas, pero hasta ahora, no había sido verificado por observaciones directas.
"La gente había realizado estudios para buscar antes estos agujeros negros que interactúan estrechamente, pero lo que realmente permitió este estudio en particular fueron los rayos X que pueden atravesar el capullo de polvo", explicó Koss. "También miramos un poco más allá enel universo para que podamos examinar un mayor volumen de espacio, dándonos una mayor oportunidad de encontrar agujeros negros más luminosos y de rápido crecimiento "
No es fácil encontrar núcleos galácticos tan cercanos entre sí. La mayoría de las observaciones anteriores de galaxias fusionadas han atrapado los agujeros negros coalescentes en etapas anteriores, cuando estaban aproximadamente 10 veces más lejos. La etapa tardía del proceso de fusión es tan difícil porqueLas galaxias que interactúan están encerradas en polvo y gas denso, lo que requiere observaciones de muy alta resolución que pueden ver a través de las nubes y precisar los dos núcleos fusionados.
"Las simulaciones por computadora de smashups de galaxias nos muestran que los agujeros negros crecen más rápido durante las etapas finales de las fusiones, cerca del momento en que interactúan los agujeros negros, y eso es lo que hemos encontrado en nuestra encuesta", dijo Laura Blecha, profesora asistente defísica en la Universidad de Florida y coautora del estudio. Blecha fue becario postdoctoral del Premio JSI en el Departamento de Astronomía de la UMD antes de unirse a la facultad de la UF en 2017. "El hecho de que los agujeros negros crecen más y más rápido a medida que avanza la fusión dicenosotros los encuentros con galaxias son realmente importantes para nuestra comprensión de cómo estos objetos llegaron a ser tan monstruosamente grandes "
Los futuros telescopios infrarrojos como el muy esperado Telescopio Espacial James Webb de la NASA JWST, programado para su lanzamiento en 2021, proporcionarán una mejor visión de las fusiones en galaxias polvorientas y muy oscuras. Para pares de agujeros negros cercanos, JWST también debería ser capazde medir las masas, las tasas de crecimiento y otros parámetros físicos para cada agujero negro.
"Podría haber otros objetos que nos perdimos. Incluso con el Hubble, muchas galaxias cercanas a bajo desplazamiento al rojo no se pueden resolver, los dos núcleos se fusionan en uno", dijo el coautor del estudio Sylvain Veilleux, profesor de astronomía en la UMDy un miembro de JSI. "Con la mayor resolución angular de JWST y su sensibilidad al infrarrojo, que puede atravesar los núcleos polvorientos de estas galaxias, la búsqueda de estos objetos cercanos debería ser fácil de hacer. También con JWST, podremos avanzar haciadistancias más grandes, para ver objetos a mayor desplazamiento al rojo. Con estas observaciones, podemos comenzar a explorar la fracción de objetos que se fusionan en las regiones más jóvenes y distantes del universo, lo que debería ser bastante frecuente ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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