Un agujero negro supermasivo viene hacia nosotros. ¿Cuándo es lo último que notaríamos?

Este tipo de escenario es bastante posible y probablemente sea el resultado de la fusión de dos agujeros negros supermasivos durante la colisión de las galaxias. Tenemos evidencia de esto en el cuásar 3C 186 (ver Chiaberge et al. 2017 ). En el transcurso de unos dos mil millones de años, dos agujeros negros supermasivos dieron vueltas alrededor del otro, emitiendo ondas gravitacionales. El estallido final, cuando se combinaron, probablemente fue anisotrópico, emitido en una dirección particular. Esto impulsó el agujero negro resultante en la dirección opuesta, expulsándolo de la galaxia (aunque todavía está cerca; solo han pasado unos 5 millones de años desde la fusión).

Elijo 3C 186 porque estamos bastante seguros de que ha sido expulsado de su host. Esto se debe a que está desplazada espacialmente del centro de la galaxia anfitriona por 10-11 kpc, y porque tiene una velocidad desplazada, viajando hacia nosotros a unos 2000 km/s, aunque su vector de velocidad general no apunta directamente hacia nosotros. Otros candidatos simplemente tienen solo desplazamientos espaciales o de velocidad, no ambos.

Si usamos 3C 186 como modelo, tenemos algunos parámetros que podemos mirar y analizar:

• Velocidad radial:$\sim$2000 km/s
• Masa:$\sim10^9M_{\odot}$
• Emisión: principalmente de la región de línea ancha alrededor del agujero negro
• Luminosidad:$2.6\times10^{13}L_{\odot}$

Lo notable es que el núcleo galáctico activo se mantuvo activo. El agujero negro supermasivo fue expulsado junto con nubes de alta velocidad que orbitaban cerca de él. Es por eso que aún pudimos observarlo y comparar su corrimiento al rojo con el de su antigua galaxia anfitriona. Por supuesto, no está claro cuánto tiempo puede continuar esta emisión, pero si el agujero negro se acerca a nosotros bastante pronto después de ser expulsado, aún deberíamos ver la emisión de la región de la línea ancha y posiblemente de los chorros relativistas.

Digamos que ha pasado mucho tiempo desde que se expulsó el agujero negro, y el gas y el polvo a su alrededor se han agotado hace mucho tiempo. En este caso, tenemos un objeto compacto con la masa de una pequeña galaxia enana dirigiéndose hacia nosotros. Deberíamos poder observarlo a través de microlentes gravitacionales . Dado que el tamaño angular de un anillo de Einstein se escala con la raíz cuadrada de la masa de la lente, deberíamos observar lentes alrededor de$\sim10^4$veces más grandes que las creadas por agujeros negros de masa estelar:

Dicho esto, tal alineación sería poco probable. Es más probable que el agujero negro supermasivo provenga de otra dirección, digamos, del cúmulo de Virgo, a 18 Mpc de distancia. Esto significa que veríamos el agujero negro a una distancia máxima de 13,3 Mpc. En general, la distancia a la lente a la que el anillo tendría un radio de$\theta_E$en el valor crítico es

La dirección óptima para que el agujero negro se nos acerque sigilosamente sería desde una región del cielo que no podamos observar fácilmente. Recomendaría la Zona de evasión , donde gran parte del cielo está oscurecido por el gas y el polvo de la Vía Láctea. Esto hace que sea muy difícil realizar observaciones de galaxias de fondo, y mucho menos detectar lentes. Es probable que necesitemos ver lentes del grupo IC 342/Maffei , que se encuentra a unos 3,3 Mpc de distancia. Dentro de 3 Mpc, la lente aparecería, pero a esa distancia, las imágenes probablemente quedarían bloqueadas por la Zona de evasión.

No sé qué tan cerca estaría antes de que pudiéramos hacer esa detección; No estoy seguro de cómo calcularlo. Supongo, sin embargo, que la distancia sería mayor que la distancia a la que el agujero negro afectaría gravitacionalmente a la Vía Láctea (recordemos que su masa es comparable a la de una galaxia enana mediana). Trabajaré para calcular ese rango, si puedo. Pero sospecho firmemente que la microlente es el mejor método de detección y que la Zona de evasión es el enfoque óptimo. Solo necesito determinar cómo combinar la extinción con la lente.

En primer lugar, lo más probable es que nunca se expulse un agujero negro supermasivo en la fusión de dos galaxias. Estos agujeros negros están en los centros galácticos por una razón. E incluso si sucediera algo similar: dos galaxias se fusionan, pero solo queda una SMBH, entonces ciertamente habría algunas estrellas que seguirían a este Agujero Negro que huye. Pero por ahora, ignoremos eso.

Hay dos casos que tenemos que evaluar:

1. El SMBH viene del lado de la vía láctea (en el plano galáctico)
2. El SMBH proviene del lado plano de la vía láctea (desde 'arriba' o 'abajo')

En el primer caso, supongamos que se dirige directamente hacia nosotros, la distancia más corta. Se estima que el borde está a unos 20 k LY de distancia de nosotros. Eso significa que la estrella que se aleja de nosotros es unos 20.000 años mayor de lo que la vemos ahora. Y hay estrellas, quizás lejanas y pocas, pero las hay.

Dicho esto, nos daríamos cuenta de que algo anda mal con las estrellas en esa dirección: se atenúan, se desplazan hacia el rojo, cambian su movimiento, todo porque se alejan de nosotros hacia la dirección del agujero negro.

Es difícil suponer una distancia cuando este Agujero Negro afectaría notablemente a esas estrellas, principalmente dependiendo de la masa del objeto, pero supongamos que solo se nota cuando el Agujero Negro ya está allí. Esto significaría que si las estrellas en cuestión cambiarían notablemente ahora, eso sería hace 20.000 años.

Ahora la siguiente pregunta sería, ¿qué tan rápido es este SMBH? Encontré un artículo que decía que el objeto estelar más rápido que conocemos, en nuestra galaxia, por supuesto, es una enana blanca que viaja a unos 2400 m/s. Eso es alrededor del 0,008% de la velocidad de la Luz. Es decir, mientras que la luz tardaría 20.000 años en llegar hasta nosotros, si este agujero negro tuviera esa velocidad, tardaría unos 2.498 x 10^9 años en llegar hasta nosotros. Tiempo bastante largo para las preparaciones, incluso si se restan los 20000 años que viajó la luz.

El segundo caso es un poco más prometedor. Como se estima que la vía láctea tiene un grosor de unos 2 k años luz, la notaríamos a un máximo de mil años luz de distancia. Bajo las mismas suposiciones de velocidad, el agujero negro solo necesitaría 124 913 524 años para alcanzarnos menos mil por la distancia.

En ambos casos, una detección sería casi segura en los puntos más tempranos. SMBH no es algo para bromear y lo más probable es que notemos que es mucho antes que esos 20000 y 1000 años respectivamente

Pero, ¿ por qué tiene que ser un Blach Hole súper masivo? De hecho, si fuera un Agujero Negro de tamaño estelar, podría acercarse sigilosamente a nosotros, sin siquiera darnos cuenta. Si solo tuviera cinco masas solares, tal vez solo podríamos detectarlo a 1 o 2 años luz de distancia, si tenemos suerte. En ese caso sentiríamos los efectos mucho antes.

Debo estar en desacuerdo sobre el rango de detección de un SMBH, acercándose desde arriba o desde abajo podría acercarse mucho más antes de ser detectado si está detrás de otra estrella . Si el movimiento propio del agujero negro y la estrella son los mismos, podría permanecer oculto hasta que se acercara lo suficiente como para notar que tira de otras estrellas, no obtendríamos una observación de lente hasta que ya no estuviera detrás de la otra estrella.

Obviamente, no puede permanecer detrás de otra estrella para siempre porque la estrella está orbitando la galaxia pero el agujero negro no, pero no necesita permanecer oculto tanto tiempo. No es necesario retroceder demasiado para encontrar un momento en el que no lo hubiéramos notado y si se dirige directamente hacia nosotros, no sale de la sombra hasta que pasa (pero será un evento espectacular si es lo suficientemente cerca). Tenga en cuenta que la estrella debería ser una estrella solitaria, si tiene compañeros, el bamboleo ofrecerá oportunidades para observar el espectro del disco de acreción.

En cuanto a la velocidad de eyección--Sag A* es algo así como 4 millones de masas, pero algunas de ellas están en los miles de millones. Veamos una fusión espectacular: las galaxias A (agujero negro de 4 millones de masas solares) y B (agujero negro de 40 millones de masas solares) se fusionan, luego se fusionan con C (agujero negro de 400 millones de masas solares). Los agujeros negros A y B son en una órbita cercana, luego pasan por C, pero B entra. A podría tener una velocidad de eyección relativista.

Es casi seguro que se notaría un agujero negro supermasivo al menosunos miles de años antes. Sin embargo, estas no son su única opción. Se informa que varios agujeros negros de masa estelar más pequeños orbitan Sagitario A* en el centro de nuestra galaxia, por lo que creo que es seguro asumir que hay condiciones similares en otras galaxias. En una fusión de galaxias, estos agujeros negros de masa estelar también podrían ser expulsados. Si uno de estos viniera hacia nosotros, probablemente lo detectaríamos antes, pero no es impensable que tuviéramos solo unos meses de advertencia cuando notemos irregularidades orbitales en la nube de Oort, o tal vez sea demasiado difícil monitorear el Nube de Oort (honestamente, no lo sé) y notarías las irregularidades orbitales en cosas un poco cercanas, como Plutón. En cualquier caso, probablemente unos meses de advertencia antes de llegar a las cosas realmente malas, como la muerte de la humanidad.