Inminente colisión cósmica

Cuando en astronomía se habla de la evolución de los cuerpos celestes, generalmente damos cotas de varios miles de años. Eso en el mejor de los casos. La noticia de la que hoy les voy a hablar tiene que ver con la evolución de dos cuerpos celestes. Sin embargo, su desenlace tendrá lugar muy pronto. Y no me refiero a «muy pronto» astronómicamente hablando. Muy pronto de verdad: tres años como mucho. El posible evento será causado por la colisión de dos agujeros negros supermasivos que se encuentran en trayectoria de choque. Tal sería la magnitud de esta colisión cósmica que podría pasar a la historia como uno de los grandes eventos astronómicos modernos. Tres años como máximo. Eso es menos que un parpadeo con respecto a la historia del universo.

La posible colisión de estos dos agujeros negros no será un fenómeno inédito. Recuerden, la primera detección de un fenómeno de esta naturaleza tuvo lugar en 2016. Y eso sí que fue algo inesperado (Abbott, 2016). Principalmente los observatorios LIGO, Virgo y GEO600 dieron la noticia, siendo aquella la primera detección de ondas gravitacionales. Ahora jugamos a favor ya que sí que sabemos cuándo podría tener lugar esta colisión y los detectores la estarán esperando.

colisión cósmica
Detección de la onda gravitatoria en Hanford (H1) y en Louisiana (L1) || Créditos: Physical Review Letters.

Los protagonistas de la posible colisión cósmica

¿Donde están los cuerpos que estarían a punto de colisionar? Ambos se encuentran en la galaxia SDSS J1430+2303 en dirección a la constelación de Bootes. Se trata de una galaxia elíptica con una masa de unos 150 mil millones de soles. De percibir esta colisión cósmica en un plazo de tres años como máximo, indica que el choque ya tuvo lugar hace unos 1.000 millones de años. Lo que ocurre es que la luz todavía no nos ha llegado. Cuando nos llegue, confirmaremos el evento.

Con una masa equivalente a 200 millones de soles, la fusión de estos agujeros negros permitiría estudiar la formación de nuevas estructuras cósmicas y cómo es el proceso de aumento de tamaño de estos cuerpos al convertirse en un solo objeto de mayor masa. La teoría nos dice que en el instante en que ambos agujeros negros entren en contacto y se fusionen se producirán varios fenómenos. Lo primero de todo será una sacudida del tejido espacio-tiempo con su correspondiente generación de ondas gravitacionales. Éstas se propagarán en todas las direcciones, por lo que podremos observar cualquier fenómeno derivado de esto.

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Simulación de los instantes previos a la colisión de dos agujeros negros || Créditos: NASA Goddard (Ampliar).

Las pruebas de la inminente colisión

El aviso de la posible colisión se dio a principios de 2022. Un artículo aceptado por la revista Astronomy & Astrophysics —aunque todavía en preprint— (Dou, 2022) describía un comportamiento extraño en la variabilidad de la luminosidad en la galaxia SDSS J1430+2303. Durante un período de tres años de observación, las oscilaciones en el núcleo galáctico se hicieron cada vez más cortas. Pasaron de un tiempo de aproximadamente un año a tan solo un mes.

Casi con total probabilidad se trataría de una inminente fusión de agujeros negros. Sin embargo, no se podía asegurar con certeza. También podría ser un agujero negro a punto de estallar ya que los núcleos galácticos son lugares extraños y difíciles de interpretar. En julio de este año también se publicaron datos relativos a observaciones en la banda de las ondas de radio (An, 2022), pero no fueron concluyentes para asegurar que todo culminará en forma de colisión cósmica.

Para obtener más datos, los astrónomos recurrieron a las longitudes de onda de los rayos X. Fueron analizadas por un equipo de científicos liderado por Liming Dou, investigador en la Universidad de Guangzhou (China). Analizaron datos durante 200 días y así han intentado identificar las firmas que mostrarían dos agujeros negros supermasivos en órbitas de colisión.

Tras estos análisis observaron variaciones en la intensidad de los rayos X emitidos por la galaxia. También apreciaron un tipo de emisión asociada al hierro cuando cae a un agujero negro. Todo esto con un nivel de confianza del 99,96% medido con varios instrumentos. Y esta emisión del hierro sí que se podría asociar con agujeros negros supermasivos binarios según una investigación de hace unos años (Yu & Lu, 2001). Sin embargo, hubo otras características propias de estos pares de objetos que no pudieron ser medidas.

Agujeros negros: un poco de historia

Me gustaría hacer un poco de historia para hablar de agujeros negros. El concepto de estos cuerpos celestes no está en Stephen Hawking, ni tan siquiera en Albert Einstein. Se lo debemos a John Michell, un clérigo inglés que propuso esta idea a finales del siglo XVIII. Por aquel entonces ya se estaba averiguando la naturaleza ondulatoria de la luz y Michell postulaba que podría haber cuerpos de los cuales, por su masa, no pudiese escapar ni tan siquiera la luz.

Dos siglos más tarde, a principios del siglo XX, Albert Einstein recuperó la teoría de Michell. En este caso argumentó que la luz en ocasiones se comportaba como onda y otras veces como partículas, algo que hoy sabemos que es cierto. Diez años más tarde, en 1915, el mismo Albert Einstein publicó su Teoría de la Relatividad General. Con ella demostró que la luz se veía afectada por la gravedad por lo que curvaría su trayectoria en el espacio-tiempo al pasar por las inmediaciones de objetos masivos.

¿Cómo vemos los agujeros negros?

Con todo esto, estaríamos ante una región finita del espacio cuya densidad de masa es tan elevada que genera una atracción gravitatoria tan intensa que ni tan si quiera la luz puede escapar a ella. La pregunta es: si no escapa la luz, ¿cómo los vemos? Hasta no hace mucho tiempo, podíamos ver los agujeros negros gracias a los efectos que producían en los objetos cercanos a él.

Por ejemplo, en el caso de Sagitario A*, el agujero negro de la Vía Láctea, podemos ver cómo se comportan las estrellas que lo orbitan y en base a eso, podemos saber su masa (Abuter, 2022-1,2). También podíamos ver la radiación producida por la materia que se va incorporando al disco de acreción. Alcanza tanta temperatura que permite una gran emisión en la banda de los rayos X. Ahora además, gracias al EHT podemos ver la región de la sombra del agujero negro. Ya hemos visto dos: la de M87* (EHT Coll., 2019) y la de Sag A* (Akiyama, 2022).

Vayámonos al cine. La imagen de Gargantua, el famoso agujero negro de Interstellar, destaca su disco de acreción. Se trata de ese disco que se desdobla hacia arriba y hacia abajo por acción de la gravedad y que está basado en los cálculos de Kip Thorne, premio Nobel de Física en 2017. También hay que destacar que el desarrollo de este agujero negro cinematográfico dio lugar a una publicación científica (James, 2015). Además, en las famosas imágenes reales de la sombra del agujero negro, la parte anaranjada que rodea a la sombra, se corresponde con el disco de acreción.

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Imagen de Gargantua || Créditos: Oliver James et al 2015 Class. Quantum Grav. 32 065001.

Prepárense para la posible colisión cósmica

Volviendo al posible evento de colisión, ya están preparados los científicos para captarlo y tienen a punto sus telescopios e interferómetros para poder captar el posible choque. Y para terminar, un mensaje de tranquilidad: Este posible evento, por muy energético que sea, sucederá a tanta distancia que no afectará a nuestra vida cotidiana. Lo que sí hará será poner a prueba las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General y nos podrá revelar aspectos del Cosmos que a día de hoy nos resultan desconocidos. Así que, estén atentos porque, sea lo que sea, algo muy extraño está sucediendo en la galaxia SDSS J1430+2303.

Artículos científicos relacionados

Abbott, B. et al (2016). Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Physical Review Letters, 116, iss. 6. DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.061102 (Ver) (PDF).

Abuter, R. et al. (2022-1). Mass distribution in the Galactic Center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits. Astronomy & Astrophysics, 657, L12. DOI: 10.1051/0004-6361/202142465 (Ver).

Abuter, R. et al (2021-2). Deep images of the Galactic center with GRAVITY. Astronomy & Astrophysics, 657, A82. DOI: 10.1051/0004-6361/202142459 (Ver).

Akiyama, K. et al (2022). First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way. The Astrophysical Journal Letters, 930, iss. 2, L12. DOI: 10.3847/2041-8213/ac6674 (Ver).

An, T. et al (2022). VLBI imaging of the pre-coalescence SMBHB candidate SDSS J143016.05+230344.4. Astronomy & Astrophysics, 663, A139. DOI: 10.1051/0004-6361/202243821 (Ver).

Dou, L. et al (2022). X-ray view of a merging supermassive black hole binary candidate SDSSJ1430+2303: Results from the first ~200 days of observations. arXiv, 2208.11968 (PDF).

EHT Collaboration (2019). First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole. The Astrophysical Journal Letters875 : L1. DOI: 10.3847/2041-8213/ab0ec7 (Ver).

James, O., von Tunzelmann, E., Franklin, P. & Thorne, K. (2015). Gravitational lensing by spinning black holes in astrophysics, and in the movie Interstellar. Classical and Quantum Gravity, 32, num. 6. DOI: 10.1088/0264-9381/32/6/065001 (Ver).

Yu, Q. & Lu, Y. (2001). Fe K line: A tool to probe massive binary black holes in Active Galactic Nuclei? Astronomy & Astrophysics, 377, num. 1, pp. 17-22. DOI: 10.1051/0004-6361:20011064 (Ver).

Referencias

  • A Pair of Supermassive Black Holes Could Be Fated to Collide Within 3 Years. Science Alert (Ver).
  • Colisión “inminente” de dos agujeros negros (y tenemos tecnología para sentir el zambombazo). The Conversation (Ver).

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