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Espacio

'Jet': el chorro clave para que los agujeros negros supermasivos crezcan

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Aunque cada vez sabemos más sobre estos objetos espaciales, las razones de su enorme crecimiento seguían siendo un misterio, hasta ahora. Dos publicaciones han encontrado indicios de que estos chorros en realidad los ayudan a crecer y que pueden perdurar durante cientos de miles de años

  • por Neel V. Patel | traducido por Ana Milutinovic
  • 30 Abril, 2021

En el centro de cada galaxia hay un agujero negro supermasivo, un monstruo que mantiene juntos a las estrellas, planetas, gas y polvo. Durante las décadas transcurridas desde que los astrónomos comenzaron a estudiarlos a fondo, hemos confirmado que realmente existen; hemos aprendido que probablemente sean esenciales para la formación de las estrellas; e incluso hemos desarrollado una técnica para obtener imágenes suyas directamente. Sin embargo, una gran pregunta ha dejado perplejos a los astrónomos: ¿cómo estas bestias crecen tan rápido para volverse tan masivas? 

La clave puede estar en los jets o chorros astrofísicos: explosiones de partículas energizadas y radiación que en ocasiones escapan de los agujeros negros supermasivos. No sabemos exactamente por qué ocurre, pero dos nuevos estudios sin precedentes del mismo equipo internacional de astrónomos sugieren que cualquiera que sea la causa, estos chorros podrían ayudar al crecimiento de los agujeros negros supermasivos.

El primer hallazgo, publicado en Astrophysical Journal, consiste en el descubrimiento de un agujero negro supermasivo a 13.000 millones de años luz de distancia que es 300 veces más grande que el Sol. Los astrónomos utilizaron observaciones infrarrojas del telescopio Magellan en el Observatorio Las Campanas en Chile para confirmar que es la fuente de un chorro detectado por primera vez en 2015. Este agujero negro supermasivo se ha convertido en el más distante (es decir, el más antiguo) agujero negro productor de chorros detectado de la historia.

El segundo estudio, actualmente en estado de preprint que pronto se publicará en el Astrophysical Journal, describe el descubrimiento de un chorro astrofísico de un agujero negro supermasivo a 12.700 millones de años luz de distancia y más de 1.000 millones de veces más grande que el Sol, descubierto en 2018. El equipo utilizó el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, que busca emisiones de rayos X de objetos muy calientes en el universo, para realizar estas observaciones. Es el chorro astrofísico más distante jamás observado en rayos X. 

Cada conjunto de hallazgos bate algunos récords de astronomía esotérica, pero esa no es la razón por la que son tan importantes. Ambos ayudan a explicar por qué los agujeros negros supermasivos pueden crecer tan rápido a pesar de que liberan materia de alta energía constantemente. Lo que encontró el equipo es la primera evidencia de este tipo de que los chorros en realidad fomentan el rápido crecimiento de un agujero negro.

En la primera investigación, después de que Magellan confirmara la existencia del agujero negro, el equipo utilizó otros instrumentos, como el Very Large Telescope en Chile, para distinguir otras propiedades sobre el agujero negro y su chorro, como la masa. 

Los datos adicionales demuestran cómo los chorros fomentan el crecimiento. La intensa fuerza gravitacional del agujero negro trata de atraer cantidades masivas de gas y polvo a su horizonte de sucesos (el punto de no retorno). Esta materia tiene un impulso angular, lo que significa que no solo cae directamente, sino que orbita el horizonte de sucesos. Mientras tanto, la presión de la radiación en el área (creada por la fricción y la tensión en el disco de materia en órbita que se calienta hasta llegar a brillar) sigue alejando el gas del horizonte de sucesos. 

Lo que ocurre es un poco complejo, pero básicamente el rayo de partículas altamente energizadas del chorro quita el impulso angular del gas a medida que sale hacia fuera. Y a diferencia de la presión de la radiación, que brilla y empuja en todas las direcciones, el chorro es estrecho, por lo que apenas puede interactuar con las capas menos densas del gas que se encuentran más lejos y afectarlas. Con el gas que pierde ese impulso angular con un poco de empuje, gran parte del gas que rodea el horizonte de sucesos simplemente cae dentro directamente.

"De esta manera, el chorro asegura que el agujero negro no trabaje activamente contra sí mismo, es capaz de seguir alimentándose", explica el astrónomo de la NASA y coautor de ambos artículos Thomas Connor. Aunque los científicos ya habían sospechado que los chorros podrían tener un papel en el fomento del proceso de alimentación, "hasta ahora no habíamos visto pruebas convincentes de ello", afirma Connor.

El estudio de los rayos X refuerza esta idea. Esas observaciones revelan que el chorro se ha alejado 150.000 años luz de su fuente, convirtiéndose en la primera observación de rayos X de chorros de más de unos pocos miles de años luz. "Esta detección de rayos X a gran escala significa que hemos tenido estos chorros funcionando durante períodos de tiempo increíblemente largos", resalta Connor.

No son simplemente unas señales transitorias, sino que se mantuvieron durante cientos de miles de años, tiempo suficiente para ayudar a que un agujero negro supermasivo se alimente y crezca muy rápido. Connor añade: "Ahora sabemos que es un proceso largo, y así es como estos chorros son realmente capaces de ayudar a que estos agujeros negros supermasivos aumenten. Esta es la pieza que faltaba para conectar 15 años de teoría con el lugar en el que nos encontramos en la actualidad".

Ambos estudios ayudan a sentar las bases para los trabajos de seguimiento que podrían enseñarnos más sobre cómo se desarrollan los agujeros negros supermasivos y cómo contribuyeron a dar forma al universo temprano. Ahora tenemos una mejor idea de cómo buscar los agujeros negros de hace tanto tiempo, y está claro que más observaciones de rayos X podrían ser críticas para aprender cómo funciona la dinámica de alimentación con los chorros. 

Según Connor, esas observaciones adicionales serán la clave. Y está bastante animado después de estos dos éxitos. Y concluye: "El descubrimiento apunta a que hay muchos más de estos objetos por ahí, y espero que podamos de nuevo batir el récord de la distancia bastante pronto".

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