Radiotelescopios: 23 años de observaciones muestran dos chorros de partículas que indican el movimiento de agujeros negros, con fusión en 100 años

Agujeros negros supermasivos: un enigma que apunta a los crecimientos por fusiones

Los agujeros negros supermasivos, con masas que oscilan entre 100 millones y 1.000 millones de masas solares, siguen siendo de los objetos más enigmáticos del Universo. Se considera que aumentan su tamaño mediante fusiones, pero hasta ahora no se había logrado detectar de forma directa una pareja cercana de agujeros negros supermasivos.

Un trabajo reciente lo ha conseguido gracias a un equipo internacional dirigido por Silke Britzen, del Instituto de Radioastronomía Max Planck (MPIfR): los astrónomos han obtenido por primera vez pruebas directas de una configuración binaria de este tipo en la galaxia Markarian 501 (Mrk 501).

Dos chorros de partículas en Mrk 501 que revelan la dinámica de la pareja

A partir de una red de radiotelescopios y del estudio de datos de alta calidad en distintas frecuencias recopilados durante 23 años, el grupo identificó dos chorros (jets) de partículas muy intensos que se desplazan a velocidades cercanas a la de la luz. Uno de los chorros apunta hacia la Tierra y, por ese alineamiento, aparece mucho más brillante; el otro está orientado en otra dirección y por ello resultó mucho más difícil de sacar a la luz.

El seguimiento a largo plazo permitió ver que el segundo chorro gira en sentido antihorario alrededor del agujero negro más masivo. Además, este comportamiento se repite de manera periódica, lo que encaja con un movimiento orbital de dos agujeros negros supermasivos enlazados en un sistema binario.

Un anillo de Einstein en junio de 2022 confirmó el alineamiento del sistema

En junio de 2022, la emisión adoptó la apariencia de un anillo de Einstein: la luz procedente del segundo chorro quedó curvada por la gravedad del primer agujero negro, formando un círculo casi perfecto. Este episodio de lente gravitacional reforzó la interpretación de que hay dos agujeros negros, ya que la geometría del sistema aparece prácticamente alineada con el observador.

Periodo de 121 días, separación de 250–540 UA y una posible fusión en ~100 años

Según las estimaciones del equipo, ambos objetos se orbitan con un periodo aproximado de 121 días y a una distancia de 250–540 unidades astronómicas, una separación relativamente pequeña para cuerpos tan extremos. Si la dinámica actual se mantiene, podrían terminar fusionándose dentro de unos 100 años.

Esa fusión generaría ondas gravitacionales de baja frecuencia que, en principio, podrían detectarse con radiotelescopios a través de iniciativas como Pulsar Timing Array (PTA). Por ello, Mrk 501 podría convertirse en un objetivo clave para vincular señales observadas del fondo de ondas gravitacionales con una fuente binaria supermasiva concreta.

Por qué la detección por chorros es crucial frente a Event Horizon Telescope

La identificación indirecta de la pareja mediante chorros de partículas es especialmente relevante porque ni siquiera Event Horizon Telescope -que en 2019 y 2022 mostró por primera vez imágenes de agujeros negros- dispone de resolución suficiente para separar visualmente dos objetos en Mrk 501. El hallazgo abre una vía singular para investigar la fase final de la fusión de agujeros negros supermasivos y para poner a prueba los modelos teóricos sobre su formación y evolución.

«Si se registran las ondas gravitacionales, podremos observar cómo su frecuencia aumenta gradualmente a medida que los dos gigantes se acercan en espiral, lo que brindaría una oportunidad poco frecuente de ver la fusión de agujeros negros supermasivos en tiempo real», señaló el coautor del estudio Hector Olivares.