Los astrónomos han identificado evidencia directa de dos agujeros negros supermasivos orbitando entre sí en el núcleo de la galaxia Markarian 501. La galaxia está a unos 480 millones de años luz de Terra. El descubrimiento provino de un análisis detallado de los datos de radio recopilados durante más de una década. El signo principal es la presencia de un segundo chorro de partículas relativistas junto al ya conocido chorro. El equipo internacional publicó los resultados en un estudio aceptado por la revista Monthly Notices del Royal Astronomical Society.

El trabajo fue dirigido por investigadores de Instituto Max Planck, Radioastronomia, Alemanha. Eles reprocesó 83 conjuntos de observaciones realizadas con Very Long Baseline Array entre septiembre de 2011 y julio de 2023. Las observaciones se produjeron con una frecuencia de 43 gigahercios. La frecuencia Essa nos permite resolver estructuras muy cercanas al núcleo galáctico. La comparación con datos de frecuencias más bajas, como 15 gigahercios y 8 gigahercios, reforzó los hallazgos.

Detalles de las observaciones de radio.

Los datos muestran dos chorros distintos que emergen del mismo núcleo. El chorro principal, denominado Jet 1, apunta en dirección Terra y ya era conocido. El segundo chorro, llamado Jet 2, aparece en el lado opuesto en algunas imágenes y luego se curva en sentido antihorario alrededor del núcleo. La configuración Essa se observó repetidamente durante los doce años de monitoreo. Los componentes de Jet 2 cambian de posición en escalas de semanas y meses.

En una observación del 24 de junio de 2022, las estructuras de Jet 2 formaron un arco parcial alrededor del núcleo principal. Los investigadores interpretan este arco como un anillo Einstein parcial. Ele sería causado por la lente gravitacional del agujero negro primario que actúa sobre la emisión del chorro del agujero negro secundario. La resolución angular de las imágenes alcanza décimas de miliarcosegundo. Essa La precisión fue fundamental para separar las estructuras.

El período orbital estimado para el movimiento de Jet 2 alrededor del núcleo es de aproximadamente 141 días en el marco de referencia de la galaxia. La curva de luz del núcleo tiene una periodicidad cercana a los 121 días aproximadamente. Há también una periodicidad a largo plazo de 7,4 años, asociada a la precesión del plano orbital del sistema. El cambio sistemático entre diferentes frecuencias apunta a la presencia de dos objetos masivos distintos.

• Jet 2 aparece en el costado del contrarreactor y se curva en sentido antihorario antes de alinearse paralelo a Jet 1.
• En observaciones posteriores, Jet 2 gira hacia el sur y se mezcla con las estructuras principales del chorro.
• El sistema completo muestra una deriva gradual en el sentido de las agujas del reloj a lo largo de los años.
• Hubo un retroceso temporal entre 2016 y 2017, llamado back flip.
• La precesión explica la oscilación del plano orbital como una peonza que se tambalea mientras gira.
• Alternativas como las inestabilidades de Kelvin-Helmholtz no reproducen el cambio asimétrico entre frecuencias.
• El modelo binario surge como la explicación más consistente para el conjunto de datos.

Características de Galaxia Markarian 501

Markarian 501 es un blazar, un subtipo de núcleo galáctico activo. Nesse tipo de objeto, uno de los chorros apunta casi directamente a Terra. La alineación de Esse amplifica la emisión observada por efectos relativistas de Doppler. La galaxia emite fuertemente en energías de radio, rayos X y rayos gamma en el rango de TeV. Sua La proximidad relativa facilita las observaciones de alta resolución en escalas de pársec.

Desde la década de 1980, los astrónomos han notado desalineaciones en la estructura de radio de la galaxia. Los cambios se produjeron entre escalas pequeñas, cercanas al núcleo, y escalas mayores, de kiloparsecs. Modelos Los anteriores propusieron chorros helicoidales confinados en conos estrechos o en precesión simple. Nenhuma La explicación anterior explicó plenamente los cambios abruptos observados. La detección directa de dos chorros resuelve parte de estos enigmas acumulados durante décadas.

El agujero negro primario tiene una masa estimada en cientos de millones de veces la masa de Sol. El secundario produce Jet 2 y orbita al primero a una distancia que varía entre 251 y 542 unidades astronómicas, dependiendo de la masa total supuesta. La separación Essa equivale a decenas de radios de Schwarzschild. Toda la región del sistema binario cabe en un espacio más pequeño que el diámetro de la órbita Plutão alrededor de Sol.

Implicaciones para la evolución de los agujeros negros supermasivos

Los agujeros negros supermasivos crecen principalmente a través de fusiones durante las colisiones de galaxias. Modelos Los teóricos predicen que, tras la fusión de galaxias, los agujeros negros centrales forman un par unido gravitacionalmente. Eles comienzan a orbitarse entre sí. La detección en el Markarian 501 ofrece un caso de observación directa de esta fase intermedia. Até Ahora, evidencia similar se basó principalmente en inferencias indirectas o modelos cinemáticos.

El sistema puede emitir ondas gravitacionales con una frecuencia de aproximadamente 8 veces 10 a menos 8 hercios. La frecuencia Essa se encuentra dentro de la ventana de detección esperada para los conjuntos de temporización de púlsares. Square Kilometre Array, en construcción, puede contribuir a futuras búsquedas en este régimen de baja frecuencia. Un Observações más denso con Very Long Baseline Array o el futuro Black Hole Explorer podrían refinar aún más la geometría orbital.

Los investigadores calcularon el tiempo de coalescencia del binario. Si las masas son comparables, al sistema todavía le quedan miles de millones de años. Si la relación de masa es muy pequeña, como 0,001, el tiempo se reduce a cientos de años. El modelo más plausible apunta a masas similares, lo que indica un binario duradero, aún lejos de una fusión definitiva. Algumas informes mencionan la posibilidad de coalescencia en unos 100 años, pero los autores del estudio se mantienen cautelosos con esta estimación.

Análisis de alternativas y rigor metodológico

El equipo examinó explicaciones alternativas para los datos. Instabilidades de Kelvin-Helmholtz puede producir estructuras helicoidales en chorros. También se consideraron cargas de masa internas o no uniformes. Nenhuma de estas hipótesis explica el desplazamiento sistemático entre frecuencias o el movimiento orbital repetitivo de Jet 2. Se ha descartado el desplazamiento del núcleo por autoabsorción del sincrotrón, ya que se produce en la dirección equivocada.

El análisis utilizó modelos gaussianos independientes para cada una de las 83 épocas. Não Se impusieron hipótesis previas. El método de perfil de probabilidad permitió cuantificar las incertidumbres en los parámetros. La comparación con datos independientes de otros programas, como MOJAVE a 15 gigahercios, reforzó la interpretación. Essa La validación cruzada aumentó la confianza en los resultados.

El estudio destaca que se trata de la primera detección directa por imágenes de un sistema de doble chorro en el núcleo de un blazar. Trabalhos Los anteriores proponían binarios basados ​​en periodicidades o variaciones indirectas. El gran avance aquí está en la observación simultánea de dos chorros coexistiendo en las mismas imágenes.

Contexto histórico y perspectivas futuras.

Markarian 501 ha sido monitoreado en múltiples longitudes de onda durante décadas. Sua La emisión de rayos gamma de alta energía y la tortuosa estructura de radio llamaron la atención. La periodicidad de 7,4 años en la curva de luz de radio es consistente con las variaciones observadas en otras longitudes de onda. Isso añade coherencia a la imagen que emerge.

El fenómeno de brillo de las extremidades informado en observaciones anteriores puede ser un artefacto causado por la superposición de Jet 2 y Jet 1 en imágenes de menor calidad. Quando El segundo chorro no fue reconocido, sus estructuras se confundieron con los bordes del chorro principal. Essa posibilidad allana el camino para releer archivos VLBI históricos en otros núcleos activos.

Las observaciones futuras con una cadencia más densa pueden capturar pasajes rápidos de Jet 2 en configuraciones específicas. Black Hole Explorer, con una resolución prevista de unos 6 microarcosegundos, tendrá Markarian 501 como objetivo prioritario. Mesmo Sin resolver directamente la separación orbital, las imágenes de alta fidelidad pueden revelar detalles del flujo de materia que alimenta cada agujero negro.

A una escala más amplia, el caso demuestra que los núcleos galácticos activos son entornos complejos. El modelo simple de un único agujero negro con un par de chorros perpendiculares al disco de acreción es útil pero insuficiente en alta resolución. Fusões Galáctica son comunes en el universo. Por lo tanto, los binarios de agujeros negros supermasivos deben existir en grandes cantidades. Reanálises de las recopilaciones de datos de interferometría de referencia larga existentes pueden revelar otros casos similares.

El hallazgo refuerza el valor de los programas de seguimiento a largo plazo. Redes de radiotelescopios como el Very Long Baseline Array, que funciona como un instrumento del tamaño de un continente, son fundamentales para estos avances. Un análisis cuidadoso de los datos acumulados durante años nos permitió discernir los dos hilos distintos en la estructura que parecía ser un solo chorro.

El universo continúa revelando capas adicionales de complejidad. Dois agujeros negros han estado girando unos alrededor de otros en el corazón de Markarian 501 durante décadas. Cada Uno lanza su propio chorro de plasma acelerado a velocidades cercanas a la de la luz. Durante mucho tiempo, las expectativas de los instrumentos y de los observadores mostraban un solo chorro. Agora, con datos de alta resolución y análisis meticulosos, la ciencia identifica los dos. Esse Encontrar no se trata sólo de un sistema específico. Ele abre nuevas perspectivas para comprender cómo crecen los agujeros negros más masivos y cómo evolucionan las galaxias a lo largo del tiempo cósmico.