La colisión de galaxias enanas revela un vistazo del universo primitivo

Por primera vez, los astrónomos creen haber detectado dos pares de galaxias enanas fusionándose, y cada par luce un dúo de agujeros negros que pronto colisionarán. Las observaciones podrían revelar nuevos detalles sobre la formación temprana de grandes galaxias como nuestra Vía Láctea, así como sobre los agujeros negros supermasivos que acechan en sus centros.

A pesar de su tamaño relativamente pequeño, las galaxias enanas tienen un gran impacto científico. Se cree que fueron el tipo de galaxia más abundante durante los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, cuando el universo en expansión era más pequeño y más denso de lo que es ahora, las galaxias enanas debieron ser progenitoras de los objetos más grandes que vemos hoy. A lo largo de eones, las grandes galaxias se fueron ensamblando gradualmente mediante innumerables colisiones de sus parientes enanas, suponen los científicos. Pero si estos bloques de construcción cósmicos también contenían agujeros negros centrales de tamaño considerable ha sido una cuestión abierta. Ahora, sin embargo, los astrónomos creen haber descubierto una pista. Han encontrado evidencia de voluminosos agujeros negros que se alimentan de gas y polvo en lo que parecen ser dos pares de galaxias enanas en colisión. El equipo describió los dos sistemas candidatos en un artículo publicado el mes pasado en la Diario astrofísico.

Los investigadores han encontrado previamente ejemplos de galaxias enanas fusionadas, algunas de las cuales incluso mostraban signos de albergar un agujero negro en una de las galaxias, dice el autor principal del estudio, Marko Mićić, estudiante de doctorado en astronomía en la Universidad de Alabama. Pero nunca antes nadie había visto agujeros negros duales en enanas en colisión: la clave de por qué los nuevos hallazgos son tan intrigantes. Cada uno de los dos sistemas que Mićić y sus colegas han estudiado, afirma, es “una analogía completa de acontecimientos que probablemente sucedieron en el universo primitivo”.

Y quizás lo mejor de todo es que uno de los dos pares está relativamente cerca en términos cósmicos: a sólo 760 millones de años luz de distancia, lo que lo convierte en un buen objetivo para observaciones más profundas. Eso no quiere decir que esas observaciones serán fáciles: debido a que las galaxias enanas contienen sólo una fracción evanescente de las estrellas y la masa que tiene una galaxia típica del tamaño de la Vía Láctea, también son más débiles y más difíciles de estudiar que sus contrapartes más grandes. . Y no necesariamente se comportan de la misma manera que lo hacen las galaxias más grandes.

“Las galaxias enanas suelen parecer pequeños descarrilamientos de trenes: son desordenadas y caóticas”, dice Sabrina Stierwalt, especialista en galaxias enanas del Occidental College, que no participó en la nueva investigación. “Son laboratorios geniales”.

Para detectar las dos intrigantes fusiones, Mićić y sus colegas utilizaron datos de archivo de un trío de instrumentos: el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el telescopio espacial Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la agencia espacial, ahora llamado NEOWISE, y el telescopio espacial Canadá- Telescopio Francia-Hawái (CFHT), que se encuentra en Hawái.

Aunque los agujeros negros son invisibles, pueden provocar los fuegos artificiales más brillantes del universo cuando devoran el material circundante. La materia que cae gira a su alrededor casi a la velocidad de la luz, calentándose para emitir poderosos resplandores que brillan a través del cosmos en múltiples longitudes de onda de luz. Chandra vio ese brillo en la parte de rayos X del espectro electromagnético, mientras que WISE lo vislumbró en infrarrojo. Ver brillos gemelos para cada par de enanas fusionadas en los datos de Chandra y WISE sugiere, pero no confirma, la presencia en cada uno de dos agujeros negros “activos” que se alimentan, dicen los investigadores. CFHT proporcionó imágenes de las propias galaxias enanas, revelando evidencia estelar de probables choques intergalácticos, así como manchas ópticamente brillantes alineadas con los rayos X e infrarrojos.

La fusión candidata más cercana parece estar en las últimas etapas de coalescencia, con una galaxia enana acompañada por una cola extravagante y grumosa de escombros estelares que probablemente sean los restos triturados de la otra. Esa cola inspiró a los científicos a llamar al sistema Mirabilis, que lleva el nombre Loddigesia mirabilis, una especie de colibrí que cuenta con dos penachos de cola largos y delgados que terminan en una paleta de plumas de ping-pong.

El segundo candidato está mucho más lejos (a unos 3.200 millones de años luz) y se encuentra en una fase anterior del proceso de fusión. Debido a que las dos galaxias enanas están más separadas en el espacio y todavía están prácticamente intactas, los científicos les dieron nombres a ambas, llamando a una Elstir y a la otra Vinteuil en un guiño a los personajes de la novela de Marcel Proust. En busca del tiempo perdido. Esta fusión, dice Mićić, probablemente tardará cientos de millones de años en completarse.

Mićić y sus colegas están obteniendo observaciones adicionales de los dos pares, particularmente en radio y luz ultravioleta. Algunas de estas observaciones de seguimiento podrían eliminar pequeñas pero significativas incertidumbres persistentes sobre si las galaxias son realmente enanas en lugar de restos retorcidos de galaxias gigantes desgarradas por las fuerzas gravitacionales en los cúmulos de galaxias que habitan. Un mayor escrutinio también podría reforzar la idea de que los brillantes resplandores en sus núcleos realmente provienen de voraces agujeros negros e incluso ayudarlos a calcular las masas de estos gigantes ocultos.

Si el descubrimiento tiene éxito, dice Stierwalt, podría convertirse en un componente crucial para resolver el mayor enigma cósmico de cómo exactamente las galaxias y los agujeros negros han surgido y coevolucionado a lo largo de la historia del universo. “Esta sería una prueba importante de que algunos de los procesos que ocurren en fusiones masivas de galaxias también ocurren en fusiones de galaxias enanas”, dice, “como el hecho de que se puede producir una fusión de agujeros negros”.