Cuando las galaxias chocan, el proceso puede tardar millones de años, creando una escena dramática y caótica cuando dos galaxias se fusionan bajo la influencia de su gravedad. En el centro de esta danza cósmica se encuentran agujeros negros supermasivos, que pueden poseer masas millones o incluso miles de millones de veces mayores que la de nuestro Sol. Después de que las galaxias se fusionan, estos agujeros negros giran en espiral uno hacia el otro y finalmente terminan en una órbita alrededor de su centro de gravedad compartido. Esta interacción tiene el potencial de formar el llamado agujero negro binario supermasivo, pero aún no se han encontrado ejemplos confirmados de estos sistemas.
A pesar de las extensas predicciones teóricas de las últimas décadas, los investigadores han luchado por reunir evidencia concreta de tales binarios. Un estudio exhaustivo reciente dirigido por Martin GH Krause y un equipo internacional de astrónomos reúne observaciones de diferentes longitudes de onda en el espectro electromagnético y examina los indicadores que podrían revelar estas elusivas estrellas binarias a medida que se acercan a su fusión final.
Según los modelos teóricos, la formación de binarios de agujeros negros supermasivos sigue un proceso sistemático. Después de que dos galaxias se fusionan, sus agujeros negros se hunden gradualmente hacia el centro de la nueva galaxia combinada debido a un fenómeno conocido como fricción dinámica. A medida que se mueven, cada agujero negro pierde impulso al transferir energía a las estrellas cercanas y a la materia oscura. La distancia entre los agujeros negros disminuye con el tiempo, desde miles de años luz hasta unos pocos años luz.
Se espera que estos sistemas binarios dejen características distintivas que puedan observarse a través de múltiples longitudes de onda de luz. En particular, cuando el gas es atraído hacia los agujeros negros en órbita, puede generar líneas de emisión características de doble pico en sus espectros. Además, si un agujero negro emite un haz de partículas y radiación casi a la velocidad de la luz, el movimiento orbital del objeto binario puede causar distorsiones observables en la trayectoria del haz, lo que resulta en estructuras curvas o en forma de S visibles en las observaciones de radio. El radiotelescopio LOFAR ya ha identificado candidatos prometedores que exhiben esta firma.
La revisión destaca la identificación de núcleos galácticos activos duales, donde ambos agujeros negros consumen activamente el gas circundante y irradian energía. Estos candidatos potenciales han sido detectados a diferentes escalas, desde miles hasta unos pocos años luz de diferencia. En el caso de distancias mayores, los astrónomos han logrado visualizar ambos agujeros negros como entidades separadas. En casos más pequeños, la evidencia se vuelve más indirecta, pero aún convincente, y se basa en características espectrales y movimientos peculiares del chorro.
Lo que hace que la búsqueda de binarios de agujeros negros supermasivos sea particularmente intrigante son sus implicaciones para la astronomía de ondas gravitacionales. A medida que estas estrellas binarias se acercan, emiten ondas gravitacionales: ondas en el tejido del espacio-tiempo. A diferencia de las ondas de alta frecuencia producidas por las fusiones de agujeros negros estelares observadas por los detectores LIGO, las binarias supermasivas emiten ondas de menor frecuencia, que pueden ser detectadas mediante matrices de temporización de púlsares o futuros experimentos como la Antena Espacial con Interferómetro Láser (LISA). La detección exitosa de estas ondas proporcionaría una perspectiva innovadora sobre la historia de las fusiones de galaxias.
Sin embargo, el estudio reconoce incertidumbres significativas en la comprensión actual de estos sistemas. Un desafío importante es el conocido como «problema del parsec final», que pregunta cómo los agujeros negros binarios pueden reducir su distancia en varios años luz hasta la etapa final de fusión. A distancias tan cortas, la materia circundante puede no ser suficiente para facilitar la extracción de energía necesaria para una desintegración orbital eficiente. Las soluciones propuestas a este enigma incluyen las interacciones de estrellas masivas, la influencia de los discos de gas y la posible participación de un tercer agujero negro supermasivo procedente de una nueva fusión galáctica.
Esta revisión exhaustiva no sólo consolida la evidencia existente sobre los binarios de agujeros negros supermasivos, sino que también sienta las bases para futuras investigaciones destinadas a descubrir los misterios que rodean estos notables fenómenos cósmicos.
