Concepción artística del sistema binario de agujeros negros en OJ 287. / R. Hurt (NASA/JPL) y Abhimanyu Susobhanan (Tata Institute of Fundamental Research)

La galaxia OJ 287 no es un objeto común. Pertenece al grupo de los blázares, las fuentes de radiación continua más potentes del universo. Estos objetos muestran un agujero negro supermasivo central rodeado de un disco de gas que lo alimenta, pero se hallan entre el 10% de las galaxias que denominamos activas, y entre el porcentaje aún menor que presenta un chorro de materia que emerge de ambos polos a altísima velocidad y que vemos casi de frente. Además, OJ 287 es el único candidato a sistema binario de agujeros negros supermasivos que conocemos en nuestro vecindario cósmico. Ahora, un equipo científico internacional encabezado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha obtenido la imagen con mayor resolución de las regiones centrales de OJ 287 que apunta a que, en efecto, nos hallamos ante un dúo único de baile de agujeros negros.

El análisis de los datos reveló que esta espectacular fuente exhibe un chorro de plasma muy curvado que presenta varios nudos, o regiones más brillantes, cuya naturaleza se desconoce. La comparación de las observaciones espaciales y terrestres reveló una curvatura progresiva del chorro con una resolución angular creciente, en concordancia con las predicciones teóricas que sostienen que OJ 287 no alberga uno, sino dos agujeros negros supermasivos, con el secundario orbitando al primario y perforando su disco de acreción dos veces cada doce años.

Además, el equipo comprobó que, en tanto que la energía de las regiones más internas del chorro surge de las partículas de plasma, a distancias mayores procede tanto de las partículas como del campo magnético local. También hallaron indicios de que el campo magnético, en las regiones más internas, se halla enroscado, en una estructura helicoidal que concuerda con los modelos de formación de chorros.

“Estos resultados suponen un paso adelante en nuestro conocimiento sobre la morfología de los chorros en las cercanías del motor central. Confirman, también, el papel de los campos magnéticos en su lanzamiento y registran una vez más indicios indirectos de la existencia de un sistema binario de agujeros negros en el corazón de OJ 287”, apunta Thalia Traianou, investigadora del IAA-CSIC que participa en el trabajo.

El chorro curvo de la galaxia activa OJ 287 a partir de imágenes de radio tomadas con la máxima resolución con RadioAstron (un conjunto global que incluye el radiotelescopio espacial Spektr-R en órbita alrededor de la Tierra; arriba, a la izquierda), el Global mm-VLBI Array (que opera en la longitud de onda corta de 3.5 mm; arriba, a la derecha) y el Very Long Baseline Array (un conjunto de diez antenas a lo largo de EE.UU., desde las Islas Vírgenes en el Este hasta Hawai en el Oeste; abajo). Las elipses de la parte inferior izquierda indican la resolución de la imagen en cada caso; también se proporciona una barra de escala en miliarcosegundos (mas). El panel superior muestra una resolución récord de unos 12 microarsegundos, conseguida cuando el radiotelescopio espacial está a 15 diámetros terrestres de los telescopios terrestres (una distancia de unos 190000 km, comparable a la órbita de la Luna). / Collage: Eduardo Ros (MPIfR); imágenes: Gómez et al. (The Astrophysical Journal, 2022)

El hallazgo ha sido posible gracias a la técnica conocida como interferometría de muy larga base (VLBI por su acrónimo en inglés), que permite que múltiples radiotelescopios separados geográficamente trabajen al unísono, funcionando como un telescopio con un diámetro equivalente a la distancia máxima que los separa.

En este caso, el equipo científico observó OJ 287 con antenas terrestres y en el espacio. La participación de la antena en órbita de diez metros Spektr-R (misión RadioAstron, del Centro Espacial Astro de Moscú y apoyada por la Agencia Espacial Rusa), permitió crear un radiotelescopio con un diámetro quince veces mayor que el de la Tierra. La imagen resultante es equivalente a distinguir, desde tierra, una moneda de veinte céntimos en la superficie de la Luna. “Nunca hemos observado el funcionamiento interno del chorro en OJ287 con un detalle tan fino”, destaca Thalia Traianou.

En busca de resolver un enigma

A día de hoy, una de las principales incógnitas relacionadas con la formación de agujeros negros supermasivos se conoce como el problema del pársec final. La teoría sugiere que todos los sistemas binarios de agujeros negros mantendrán para siempre una distancia de alrededor de un pársec (un pársec equivale a 3.26 años luz), debido a la dificultad en disipar momento angular cuando los dos agujeros negros están aislados de otras interacciones gravitatorias, y la separación entre ellos no es lo suficientemente pequeña como para que emitan ondas gravitatorias. La detección y estudio de las ondas gravitatorias emitidas por estos sistemas puede confirmar o descartar esta teoría.

Si, como apuntan los indicios, OJ 287 alberga un sistema binario de agujeros negros, debería emitir ondas gravitatorias, que a su vez producen su contracción orbital. Es de esperar que estas ondas gravitatorias puedan detectarse pronto con instrumentos como LISA (Laser Interferometer Space Antenna), y confirmar la existencia de un sistema binario con una separación inferior a un pársec en OJ 287.

Dibujo que muestra los conjuntos de observación y las imágenes del chorro curvo en la galaxia activa OJ 287. De arriba a abajo, un conjunto global de radiotelescopios que incluye el observatorio espacial Spektr-R (de 10 m de diámetro, no a escala), que ha permitido una observación récord de 0,012 miliarcosegundos (mas); las observaciones en longitudes de onda milimétricas del Global mm-VLBI Array; y el Very Long Baseline Array del NRAO estadounidense. / Collage: Eduardo Ros (MPIfR); imágenes: radio de Gómez et al. (The Astrophysical Journal, 2022); globo terráqueo de worldmapgenerator.com; vista artística de RadioAstron de la Asociación Lavochkin

En el siguiente vídeo, concepción artística del sistema binario de agujeros negros en OJ 287 (R. Hurt (NASA/JPL) & Abhimanyu Susobhanan (Tata Institute of Fundamental Research)).

Referencia

J. L. Gómez, E. Traianou et al. Probing the innermost regions of AGN jets and their magnetic fields with RadioAstron. V. Space and ground millimeter-VLBI imaging of OJ 287. Astrophysical Journal, enero de 2022. DOI: 10.3847/1538-4357/ac3bcc

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