ASTRONÓMICA

Conferencia de la Astronómica de Sabadell. José Miquel Rodríguez-Espinosa, 4 de abril de 2018.

Hoy os explicaré un trabajo acerca de agujeros negros dobles que he realizado en colaboración con dos astrónomos de la Universidad Nacional Autónoma de México.  

La mayoría de las galaxias tienen un agujero negro central. Además las colisiones entre galaxias son relativamente frecuentes. Esto significa que deben existir bastantes galaxias con dos agujeros negros centrales. Sabemos que al final del proceso, los dos agujeros negros acabarán fusionándose pero hasta que esto no ocurra, durante unos millones de años, las galaxias resultantes deben tener agujeros negros dobles. Por lo tanto deberíamos ver un número importante de agujeros negros dobles, pero lo cierto es que se han detectado muy pocos.

En nuestra galaxia también hay un agujero negro central. Es relativamente pequeño, de unos 4 millones de masas solares. Lo hemos descubierto y estudiado observando las estrellas centrales. Estudiamos sus órbitas, que son muy alongadas, y podemos medir la masa central del agujero negro.

Nuestro agujero negro no se puede ver directamente no está absorbiendo materia. La nuestra no es una galaxia activa, pero en otras galaxias los agujeros negros son muy activos. Esto significa que están atrayendo gas y estrellas de su alrededor, y forman un disco de acreción que es muy brillante. Se puede observar con luz visible pero también con rayos X, ondas de radio, etc. También emiten chorros de gas a velocidades relativistas. Un ejemplo es la galaxia M82 (figura 1).

Figura 1. Galaxia M82

Además de estos agujeros negros en el centro de las galaxias, sabemos que existen también muchos agujeros negros estelares. Estos son muho más pequeños que los anteriores. Los vemos sobre todo en sistemas dobles estelares formados por una estrella más un agujero negro. Vemos la estrella y el disco de gas que cae hacia el agujero negro, y podemos medir cómo es éste. 

En otras ocasiones vemos deformaciones de la luz que forman arcos, anillos, etc. Lo que estamos viendo es una galaxia muy lejana, la luz de la cual aparece deformada por un cúmulo galáctico más cercano.  Habréis oido hablar de la cruz de Einstein. Se trata de cuatro puntos que son la misma galaxia, lo sabemos porque el espectro de los cuatro puntos es idéntico. Los agujeros negros también deforman la luz cuando pasa cerca de ellos.

El otro ingrediente que nos interesa son las colisiones de galaxias. Vemos que hay muchos choques entre galaxias en el Universo. Por ejemplo las galaxias de las antenas. De esta manera dos galaxias se fusionan y forman una galaxia mayor.

Pero, si esto es así, ¿Por qué no hay más galaxias activas dobles, con dos agujeros negros? Solo se conocen una docena. Y además la mayoría son agujeros negros duales, no dobles, ya que están muy lejos entre sí. De agujeros negros binarios solo se conoce uno. Se trata de un sistema doble de agujeros negros separados menos de 100 parsecs. Se han podido observar con el Telescopio Espacial Hubble y se han podido separar con interferometria de radio.

El telescopio Sloan ha realizado un mapa muy completo del cielo. Ha tomado medidas fotométricas y espectroscópicas de millones de galaxias. Se trata de uno de los proyectos más exitosos de la astronomia moderna.

Con mis colegas mexicanos buscamos, en el catálogo Sloan, galaxias activas con líneas dobles. La idea era que estas líneas dobles serían una pista importante para encontrar agujeros negros dobles. Además, mientras que las galaxias normales solo tienen líneas de absorción, las galaxias activas (con un agujero negro central activo) también tienen líneas de emisión.

Estas líneas dobles pueden proceder de los discos de acreción, de los chorros de material expulsados por la galaxia activa o por la existencia de un agujero negro doble. O sea que la existencia de líneas dobles no siempre significa que hay un agujero negro doble, pero sí es una condición necesaria.

En los datos de Sloan encontramos una galaxia con líneas triples, que era muy sospechosa de contener un agujero negro doble: la galaxia Markarian 622. Para asegurarnos fuimos al telescopio William Herschel y con él obtuvimos un nuevo espectro de esta galaxia. Comparamos los dos espectros (Sloan y William Herschel) y vimos que eran idénticos. En trece años el espectro no había cambiado en nada (figura 2)

Figura 2. Espectro de la galaxia Markarian 622

Hay un tipo de diagnóstico para saber si una galaxia es activa porque tiene un agujero negro central o por otras razones, como por ejemplo por tener una importante formacion estelar. Para ello se utiliza el diagrama BPT (Baldwin-Phillips-Terlevich) (figura 3). En el eje horizontal de este diagrama se pone el cociente entre N₂/Halfa y en el eje vertical el cociente entre O₃/Hbeta. Normalmente Halfa es típico de las galaxias con formación estelar, mientras que el NII es típico de las galaxias activas. E igualmente Hbeta es típico de las galaxias con formación estelar y el OIII es típico de las galaxias activas. Si la línea espectral de una galaxia (que en el diagrama es un punto) se encuentra por encima de la línea discontínua, nos dice que se trata de una  galaxia activa y si se encuentra por debajo es una galaxia con alta formación estelar.

Figura 3. Diagrama BPT de distintas líneas espectrales

En el caso de nuestra galaxia con líneas triples, pusimos las tres líneas en un diagrama BPT y obtuvimos lo siguiente (figura 4): La línea central quedó por debajo de la línea discontínua, lo que significa que se trata de una región HII, con formación estelar; pero en cambio, las otras dos líneas (la más azul y la más roja) quedaron por encima de la línea discontínua, lo que significa que hay un agujero negro para cada línea. La conclusión a la que llegamos fue la siguiente: tenemos dos agujeros negros girando (bailando) alrededor de una zona central de formación estelar.

Figura 4. Las tres líneas espectrales de Markarian 622 en el diagrama BPT

Publicamos estos resultados pero nos costó mucho porque no son unos resultados concluyentes, hay que estudiar esta galaxia con más resolución. Buscamos en los archivos de radiotelescopios como el VLA y encontramos una imagen radio donde se ven tres manchas intensas, pero todavía falta más resolución, y además es una imagen única.

Para obtener mejores datos hemos hecho una propuesta de observación de interferometría de mayor resolución, con el interferómetro europeo, que usa radiotelescopios de varias partes del mundo (Europa, América y África). La idea no es hacer solo una imagen de esta galaxia sino también su espectro. La distancia entre estos dos agujeros negros debe ser de unos 76 pc. La próxima vez que venga aquí espero poderos contar las conclusiones a las que hemos llegado con estos nuevos datos.

Coloquio

¿Es verdad que es posible hacer interferometría con satélites en el espacio?
Sí, es posible y se está haciendo. Nosotros con la interferometría en tierra tenemos más que suficiente.

¿Qué pasa cuando se fusionan dos agujeros negros centrales?
Sí, esto no lo he contado. Al fusionarse dos agujeros negros centrales se producen onas gravitacionales. Cuando los dos agujeros negros son supermasivos, estas ondas deben ser muy intensas. Todavía no hemos captado ninguna de este tipo. Solo hemos captado ondas gravitatorias de la fusión de dos agujeros negros estelares.