no publicado Instituto de Tecnología de California
Celebrados en un épico vals cósmico a 9 mil millones de años luz de distancia, dos agujeros negros supermasivos parecen orbitar un año alrededor de otro cada dos años. Los dos cuerpos gigantes tienen masas que son cientos de miles de veces más grandes que nuestro Sol, y los objetos están separados por una distancia de unas 50 veces la que separa a nuestro Sol y Plutón. Cuando el par se derrita en unos 10.000 años, se espera que la colosal colisión sacuda el espacio a su debido tiempo, enviando ondas gravitacionales por todo el Universo.
Un equipo de astrónomos dirigido por Caltech ha descubierto evidencia de que este escenario ocurre dentro de un objeto altamente energético conocido como cuásar. Los cuásares son núcleos activos de galaxias en los que un buraco negro supermasivo absorbe material de un disco circundante. En algunos cuásares, el buraco negro o supermasivo crea un chorro a una velocidad cercana a la de la luz. El cuásar observado no novo estudo, PKS 2131-021, pertenece a una subclase de cuásares llamados blazars, nuestro quasar o jato apunta a Terra. Los astrónomos ya sabían que los cuásares podrían tener dos agujeros negros supermasivos en órbita, pero resultó difícil encontrar evidencia directa de esto.
reporte no Cartas del Diario Astrofísico, los investigadores afirman que PKS 2131-021 es ahora el segundo candidato conocido para un par de buracos negros supermasivos capturados sin fusionar. El primer candidato, dentro de un quásar llamado OJ 287, orbita a mayores distancias cada año, circulando cada 9 años en comparación con los dos años que tarda el par de PKS 2131-021 en completar una órbita.
He visto evidencia reveladora de avistamientos de radio de PKS 2131-021 que abarcan 45 años. Según mi estudio, un fuerte chorro que emana de dos agujeros negros en PKS 2131-021 se mueve hacia adelante y hacia atrás debido al movimiento orbital del par. Esto provoca cambios periódicos en el brillo de la luz de radio del cuásar. Cinco observatorios diferentes registran estas oscilaciones, entre ellos el Owens Valley Radio Observatory (OVRO) de Caltech, el Observatorio de Radioastronomía de la Universidad de Michigan (UMRAO), el MIT Haystack Observatory o el National Radio Astronomy Observatory (NRAO), en Estados Unidos, o el Radio Observatorio Metsähovi en los Estados Unidos. Finlandia y el satélite espacial WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer).
La combinación de dos dados de radio produce una curva de luz sinusoidal casi perfecta como nunca antes se había visto en los cuásares.
«Cuando notamos que los picos y valles en la curva de luz detectada últimamente coincidían con los picos y valles vistos entre 1975 y 1983, supimos que algo muy especial estaba sucediendo», dijo Sandra O’Neill, autora principal de los nuevos estudios y una estudiante de posgrado en Caltech cuyo mentor es Tony Readhead, profesor emérito de astronomía.
Ondas en ningún espacio y ningún tiempo
La mayoría de las galaxias, si no todas, tienen monstruosos agujeros negros en sus núcleos, incluida nuestra propia Vía Láctea. Cuando las galaxias se fusionan, sus buracos negros «afunden» no la mitad de la galaxia recién formada y finalmente se unen para formar un buraco negro aún más masivo. A medida que los agujeros negros giran uno hacia el otro, interrumpen cada vez más el espacio y el tiempo, enviando ondas gravitacionales, predichas por primera vez por Albert Einstein hace más de 100 años.
El O LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser) de la Fundación Nacional de Ciencias, operado conjuntamente por Caltech y el MIT, detecta ondas gravitacionales de pares de buracos negros con al menos decenas de veces la masa de do nosso Sol. No. Mientras tanto, los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias tienen entre mil y mil veces más masa que nuestro Sol y emiten frecuencias de ondas gravitacionales más bajas que las detectadas por LIGO.
En el futuro, los conjuntos de sincronización de púlsares, que consisten en un conjunto de estrellas muertas pulsantes monitoreadas con precisión por radiotelescopios, deberían poder detectar ondas gravitacionales de los buracos negros supermasivos dessa faixa de massa. (La próxima misión, llamada Laser Interferometer Space Antenna, o LISA para abreviar, detectaría la fusión de buracos negros cuyas masas son de 1000 a 10 000 veces mayores que la masa de nuestro Sol). En ese momento, se registró una nueva onda gravitatoria desde nenhuma dessas fontes mais massas, mas PKS 2131-021 suministros o alvo mais prometsor ate agora.
En este sentido, las ondas de luz son una mejor opción para detectar buracos negros supermasivos coalescentes.
El primer candidato, OJ 287, también exhibe variaciones periódicas en la luz de radio. Estas oscilaciones son más irregulares y no sinusoidales, pero sugerimos que los agujeros negros orbitan un año u otro cada nueve años. Los agujeros negros dentro del nuevo quásar, PKS 2131-021, orbitan una vez cada dos años y están separados por 2000 unidades astronómicas, o alrededor de 50 veces la distancia entre nuestro Sol y Plutón, o de 10 a 100 veces más cerca que o por em DO 287. (Una unidad astronómica es la distancia entre la Tierra y el Sol.)
Revelando la curva de luz de 45 años.
Readhead dijo que Undiscovered Women se desarrollaría como un «buen romance de detectives», a partir de 2008, cuando él y sus colegas comenzaron a usar el telescopio de 40 metros de OVRO para estudiar cómo se convierten o materializan los buracos negros que «alimentan» a los automóviles o aviones relativistas que viajan. a velocidades de hasta el 99,98% de la luz. Estamos monitoreando el brillo de más de 1,000 blazares para este propósito cuando, en 2020, notemos un caso único.
“PKS 2131 no solo varió periódicamente, sino también sinusoidalmente”, dijo Readhead. «Isso significa que hay un patrón que podemos rastrear continuamente a lo largo del tiempo». Una pregunta, digamos ele, ¿y durante cuánto tiempo ocurre este patrón de onda sinusoidal?
El equipo de investigación revisó los datos de radio de archivo para encontrar picos anteriores en las curvas de luz que coincidieran con las predicciones basadas en las observaciones más recientes de OVRO. En primer lugar, los datos de NRAO y UMRAO Very Long Baseline Array revelarán un pico en 2005 que coincide con las predicciones. Los datos de UMRAO aún mostrarán que no hubo señal sinusoidal durante 20 años antes de la publicación, hasta 1981, cuando se observó otro pico previsto.
«La historia habría terminado ahí, porque no percibimos que hubiera ningún dato sobre este objeto antes de 1980», dijo Readhead. “Pero, ahora Sandra ha asumido este proyecto en junio de 2021. Si no hubiera muerto por ella, esta hermosa figura estaría en la prateleira”.
O’Neill comenzó a trabajar con Readhead con el segundo autor del estudio, Sebastian Kiehlmann, becario postdoctoral en la Universidad de Creta, Grecia, y ex científico de Caltech, como parte del programa de becas de investigación de pregrado de verano (SURF) de Caltech. O’Neill comenzó la universidad como química, ya no como un proyecto de petróleo o astronomía porque quería mantenerse activa durante la pandemia. «Me di cuenta de que estaba mucho más ocupada con lo que estaba haciendo que con cualquier otra cosa con la que estaba trabajando», dijo.
Como parte de un proyecto de mesa redonda, Readhead revisó la literatura y descubrió que el Observatorio Haystack había realizado observaciones de radio de PKS 2131-021 entre 1975 y 1983. Estos datos revelaron otro pico que coincidía con sus predicciones, esta vez en 1976.
«Este trabajo muestra lo valioso que es hacer o monitorear estas fuentes con precisión durante muchos años para lograr la ciencia del descubrimiento», dijo el coautor Roger Blandford, investigador de Caltech en astrofísica teórica, que actualmente se encuentra en un año sabático de la Universidad de Stanford. . .
como un reloj
Readhead compara el sistema del automóvil que se mueve hacia adelante y hacia atrás con un reloj, donde cada ciclo o período de la onda sinusoidal corresponde a una órbita de dos años de dos buracos negros (el ciclo observado es en realidad de cinco años debido a que la luz está estresada). por la expansión del Universo). Este billete se vio por primera vez en 1976 y continuó durante ocho años antes de desaparecer durante 20 años, probablemente debido a cambios en el suministro de buraco negro. O el ticket-taque está de regreso hace 17 años.
“O relógio continuau marcando”, dice ele. «La estabilidad del período durante este intervalo de 20 años sugiere fuertemente que este blazar alberga un buraco negro supermasivo, además de dos buracos negros supermasivos en órbita en algún momento del futuro».
La física subyacente a las variaciones sinusoidales fue inicialmente un misterio, pero Blandford presentó un modelo simple y refinado para explicar la forma sinusoidal de las variaciones.
“Sabíamos que esta hermosa onda sinusoidal tenía que decirnos algo importante sobre el sistema”, dijo Readhead. “El modelo de Roger nos muestra que el movimiento orbital es así. Antes de que Roger lo descubriera, nadie había descubierto que un sistema binario con un modelo relativista tendría una curva de luz similar a esta”.
Kiehlmann dijo que su «estudio proporciona un modelo sobre cómo obtener eses binarios de blazars que no son futuros».