Un evento cósmico raro y extraordinario que involucra a tres agujeros negros masivos ha llevado al descubrimiento de un fenómeno sin precedentes: un agujero negro supermasivo que se mueve a velocidades increíbles, dejando tras de sí un rastro de estrellas recién formadas que se extiende a lo largo de 200.000 años luz. La captura accidental de este notable rastro de formación estelar por parte del Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha arrojado luz sobre el viaje del agujero negro a través del espacio intergaláctico, provocando la ignición de la formación de nuevas estrellas a medida que interactúa con el gas en su camino. Descrito como un juego cósmico de billar galáctico, este evento probablemente fue el resultado de múltiples colisiones entre agujeros negros supermasivos, lo que provocó una gran emoción entre los astrónomos que anticipan con entusiasmo nuevas investigaciones utilizando el Telescopio Espacial James Webb y el Observatorio de rayos X Chandra.

Recientemente, el astrónomo de Yale Pieter van Dokkum realizó un descubrimiento peculiar y fascinante mientras examinaba imágenes del Telescopio Espacial Hubble. Inicialmente percibido como una mancha sospechosa o un rasguño en la película fotográfica, la investigación posterior a través de la espectroscopia reveló algo extraordinario. Resultó ser una cadena de estrellas azules jóvenes de 200.000 años luz de largo, situada a una distancia de más de la mitad del universo. Van Dokkum y sus colegas proponen que esta cadena estelar se extiende entre un agujero negro supermasivo fuera de control y la galaxia de la que fue expulsado. Se cree que el movimiento del agujero negro comprime el gas circundante, lo que lleva a la formación de estrellas a lo largo de su estela. Este fenómeno no tiene precedentes y nunca antes se había observado en ningún otro lugar del universo.

Una entidad cósmica invisible y masiva se encuentra actualmente vagando por el espacio intergaláctico a una velocidad asombrosa. Si estuviera dentro de nuestro sistema solar, su velocidad le permitiría recorrer la distancia entre la Tierra y la Luna en solo 14 minutos. Este agujero negro supermasivo fugitivo, con una masa equivalente a 20 millones de soles, ha dejado tras de sí un rastro sin precedentes de estrellas recién formadas que se extiende a lo largo de 200.000 años luz. Sorprendentemente, este rastro tiene el doble del diámetro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. El origen de este extraordinario fenómeno se puede atribuir a una rara y peculiar interacción entre tres agujeros negros masivos, similar a un juego cósmico de billar galáctico.

A diferencia del comportamiento típico de un agujero negro, que engulle estrellas a su paso, este agujero negro de rápido movimiento se abre paso a través del gas que tiene delante, provocando la formación de nuevas estrellas a lo largo de un estrecho corredor. Se mueve tan rápido que no tiene tiempo de devorar estrellas como un Pac-Man cósmico. Este fenómeno sin precedentes fue captado por casualidad por el telescopio espacial Hubble de la NASA.

Según Pieter van Dokkum de la Universidad de Yale, se cree que el rastro observado detrás del agujero negro es una estela donde el gas se enfría y se condensa para formar estrellas. Lo compara con la estela que deja un barco. Se espera que el rastro contenga numerosas estrellas nuevas, evidentes por su brillo, que es casi la mitad del de la galaxia anfitriona a la que está conectado.

El agujero negro está situado en un extremo de la columna, que se extiende hasta su galaxia madre. En la punta más externa de la columna, hay un nudo notablemente brillante de oxígeno ionizado. Los investigadores especulan que el gas se está sacudiendo y calentando debido al movimiento del agujero negro que impacta en el gas, o que podría ser una radiación que se origina en un disco de acreción que rodea al agujero negro. El funcionamiento exacto de este fenómeno aún no se comprende completamente.

Van Dokkum describe el descubrimiento como pura casualidad mientras buscaba cúmulos de estrellas globulares en una galaxia enana cercana. Inicialmente, pensó que la raya observada en la imagen del Hubble era un artefacto de rayos cósmicos. Sin embargo, después de eliminar los rayos cósmicos como una posible causa, se dieron cuenta de que era un fenómeno genuino y nunca antes visto.

Esta fotografía de archivo tomada por el Telescopio Espacial Hubble captura una característica lineal peculiar inicialmente descartada como un artefacto de imagen. Sin embargo, observaciones espectroscópicas posteriores revelaron que se trataba de una cadena de estrellas azules jóvenes de 200.000 años luz de largo. En la punta inferior izquierda del puente se encuentra un agujero negro supermasivo que fue expulsado de la galaxia ubicada en la parte superior derecha. A medida que se movía a través del gas circundante, el agujero negro comprimía el gas y dejaba un largo rastro de estrellas azules jóvenes. Este evento extraordinario, que ocurrió aproximadamente a la mitad de la edad actual del universo, nunca antes se había observado.

Para investigar más a fondo este fenómeno inusual, Pieter van Dokkum y su equipo realizaron una espectroscopia de seguimiento utilizando los Observatorios W. M. Keck en Hawái. Van Dokkum describe el rastro de estrellas como “asombrosamente brillante y muy inusual”. Esto los llevó a concluir que estaban presenciando las secuelas de un agujero negro que se movía a través de un halo de gas que rodeaba la galaxia anfitriona.

Este espectáculo intergaláctico es probablemente el resultado de múltiples colisiones que involucran agujeros negros supermasivos. Los astrónomos sospechan que dos galaxias se fusionaron hace unos 50 millones de años, reuniendo dos agujeros negros supermasivos en sus centros. Estos agujeros negros orbitaban entre sí como un sistema binario de agujeros negros.

Más tarde, apareció otra galaxia con su propio agujero negro supermasivo. Siguiendo el dicho “dos son compañía y tres son multitud”, la interacción entre los tres agujeros negros creó una configuración caótica e inestable. Uno de los agujeros negros robó impulso a los otros dos y fue expulsado de la galaxia anfitriona. Es posible que el agujero negro binario original permaneciera intacto, o que el nuevo agujero negro intruso reemplazara a uno de los dos agujeros negros del sistema binario original y expulsara al compañero anterior.

Cuando el único agujero negro partió en una dirección, los agujeros negros binarios se dispararon en la dirección opuesta. Se observa una característica en el lado opuesto de la galaxia anfitriona que podría ser potencialmente el agujero negro binario fuera de control. La evidencia circunstancial que respalda este escenario es la ausencia de un agujero negro activo en el centro de la galaxia. El siguiente paso es realizar más observaciones utilizando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA y el Observatorio de rayos X Chandra para confirmar la explicación que involucra a los agujeros negros.

El próximo telescopio espacial romano Nancy Grace de la NASA proporcionará una vista de gran angular del universo con la misma resolución excepcional que el telescopio espacial Hubble. Como telescopio de exploración, las observaciones del telescopio romano pueden descubrir más de estas raras e improbables “rayas de estrellas” en otras regiones del universo. Para lograr esto, probablemente se utilizarán algoritmos de aprendizaje automático capaces de identificar formas inusuales específicas en medio de vastos datos astronómicos, como sugiere van Dokkum.

El artículo de investigación que documenta estos hallazgos se publicó el 6 de abril en The Astrophysical Journal Letters.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de colaboración entre la NASA y la ESA. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio, mientras que el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, ubicada en Washington, D.C.