Los agujeros negros supermasivos se encuentran en el centro de casi todas las galaxias grandes, inclinando las balanzas cósmicas con millones o incluso miles de millones de veces la masa del Sol. Cómo llegan a ser tan grandes sigue siendo un misterio obstinado: acumular gas de su entorno es una vía, pero al parecer es demasiado lenta para explicar los ejemplos más grandes. Fusionarse con otros agujeros negros masivos es el principal candidato para la explicación faltante.

Las colisiones de galaxias son comunes en todo el universo, por lo que sus agujeros negros centrales también deberían acabar juntándose. A medida que dos galaxias se fusionan, se espera que sus agujeros negros se acerquen, comiencen a orbitarse mutuamente y se espiralen gradualmente hacia adentro hasta combinarse. Sin embargo, modelar esas etapas finales sigue siendo un dolor de cabeza, y los astrónomos nunca han identificado de manera fiable un par de agujeros negros supermasivos orbitando extremadamente cerca, a pesar de la abundante evidencia de galaxias en colisión.

Ahora, un equipo internacional de investigación liderado por Silke Britzen del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn ha descubierto evidencia observacional directa que sugiere exactamente tal par en el centro de la galaxia Mrk 501. Los hallazgos han sido aceptados para su publicación en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y están programados para un próximo número.

Los astrónomos saben desde hace tiempo que el agujero negro central de Mrk 501 lanza un intenso chorro de partículas al espacio a casi la velocidad de la luz, impulsado por las condiciones extremas y los poderosos campos magnéticos que rodean al agujero negro. Para investigar el sistema, los investigadores examinaron observaciones detalladas de radio en múltiples frecuencias, recopiladas en docenas de días separados durante aproximadamente 23 años. El extenso conjunto de datos reveló algo notable: junto al chorro familiar había un segundo chorro cuyo movimiento también podía rastrearse.

Las observaciones proporcionan lo que los investigadores llaman la primera evidencia de imagen directa de tal sistema en el centro de una galaxia, lo que sugiere fuertemente la presencia de un segundo agujero negro supermasivo. Los dos agujeros negros permanecen demasiado cerca en el cielo para ser resueltos individualmente.

"Lo buscamos durante tanto tiempo, y luego fue una completa sorpresa que no solo pudiéramos ver un segundo chorro, sino incluso rastrear su movimiento", informa Britzen.

Dos agujeros negros supermasivos en una danza cósmica

El chorro previamente conocido apunta hacia la Tierra, lo que lo hace parecer excepcionalmente brillante y relativamente fácil de observar. El chorro recién identificado apunta en una dirección diferente, lo que ayuda a explicar por qué permaneció oculto durante tanto tiempo.

En solo unas pocas semanas de observaciones, los astrónomos notaron cambios dramáticos en la posición del segundo chorro. Parecía emerger de detrás del agujero negro más grande y barrer en sentido antihorario a su alrededor. El movimiento se repitió, lo que sugiere que todo el sistema estaba experimentando un movimiento orbital regular.

"Evaluar los datos fue como estar en un barco. Todo el sistema de chorros está en movimiento. Un sistema de dos agujeros negros puede explicar esto: el plano orbital se balancea", explica Britzen.

Los investigadores también identificaron un evento inusual en junio de 2022, cuando la radiación del sistema pareció formar un anillo. Este fenómeno, conocido como anillo de Einstein, ocurre cuando la gravedad curva la luz de manera que crea una apariencia de anillo. Una posible explicación: los dos agujeros negros y la Tierra estuvieron brevemente alineados de la manera correcta, con la gravedad del agujero negro en primer plano actuando como una lente, curvando la luz del segundo chorro detrás de él. Este efecto, llamado lente gravitacional, ofrece otra posible pista sobre la naturaleza del sistema.

Dos agujeros negros podrían fusionarse en solo 100 años

Al examinar los cambios en los chorros y los patrones repetidos en su brillo, el equipo calculó que los dos agujeros negros parecen completar una órbita entre sí aproximadamente cada 121 días. Su separación estimada es de solo 250 a 540 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, lo que suena enorme, hasta que recuerdas que estos objetos tienen masas que van desde 100 mill