Descubren que el gas caliente de un agujero negro activo se comporta como una erupción volcánica

Nuevo proceso explica cómo crecen los agujeros negros supermasivos

  (Foto de ARCHIVO)
15/1/2019
Nuevo proceso explica cómo crecen los agujeros negros supermasivos (Foto de ARCHIVO)15/1/2019

Un equipo internacional de investigadores ha observado por primera vez la evolución del gas caliente procedente de un agujero negro activo. En su observaciones repararon en que estas estructuras recuerdan mucho a las corrientes de humo producidas por las erupciones volcánicas, con un detalle sin precedentes y en una escala temporal de cien millones de años, según publican en la revista 'Nature Astronomy'.

El estudio se centró en el sistema Nest200047, un grupo de unas 20 galaxias situadas a unos 200 millones de años luz. La galaxia central de este sistema alberga un agujero negro activo alrededor del cual los investigadores observaron muchos pares de burbujas de gas de diversas edades, algunos filamentos desconocidos de campos magnéticos y partículas relativistas en relatividad especial de hasta cientos de miles de años luz.

Estas observaciones fueron posibles gracias a LOFAR (LOw Frequency ARray), el mayor radiotelescopio de baja frecuencia del mundo. LOFAR puede interceptar la radiación producida por los electrones más antiguos que se pueden detectar actualmente. Esta herramienta de última generación, fruto del gran esfuerzo de nueve países europeos, ha permitido a los investigadores "retroceder en el tiempo" hasta hace más de 100 millones de años y rastrear la actividad del agujero negro situado en el centro de Nest200047.

"Nuestra investigación muestra cómo estas burbujas de gas aceleradas por el agujero negro se expanden y transforman en el tiempo. De hecho, crean espectaculares estructuras en forma de hongo, anillos y filamentos que son similares a los que se originan en una potente erupción volcánica en el planeta Tierra", afirma Marisa Brienza, primera autora de este estudio e investigadora del Departamento de Física y Astronomía Augusto Righi de la Universidad de Bolonia y miembro del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia (INAF).

Los agujeros negros cambian la evolución de una galaxia

En el núcleo de cada galaxia se encuentra un agujero negro supermasivo. La actividad de dicho agujero negro tiene un impacto crucial en la evolución de la galaxia y del entorno intergaláctico que la alberga. Durante años, los investigadores han tratado de averiguar cómo y a qué ritmo la acción de estos agujeros negros produce esos efectos.

Cuando están activos, los agujeros negros consumen lo que les rodea y, en ese proceso, liberan enormes cantidades de energía. A veces, esta energía llega en forma de corrientes de partículas que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz y producen ondas de radio. A su vez, estas corrientes generan burbujas de partículas y campos magnéticos que, por un proceso de expansión, pueden calentar y mover el medio intergaláctico que las rodea. Esto influye enormemente en la evolución del propio medio intergaláctico y, en consecuencia, en las tasas de formación estelar.

Este estudio, realizado por un equipo internacional de investigadores de Italia, Países Bajos, Alemania, Rusia, Reino Unido, Sudáfrica, Japón y Francia, propone que los agujeros negros activos tienen efectos a escalas que son hasta 100 veces mayores que la galaxia que los alberga y que ese impacto dura hasta cientos de millones de años.

"LOFAR nos proporcionó una visión única de la actividad de los agujeros negros y de sus efectos en el entorno que los rodea", explica Annalisa Bonafede, una de las autoras del estudio y profesora de la Universidad de Bolonia, además de miembro del INAF.

"Nuestras observaciones de Nest200047 muestran de forma crucial cómo los campos magnéticos y las partículas muy antiguas aceleradas por los agujeros negros y, en consecuencia, envejecidas, desempeñan un papel central en la transferencia de energía a las regiones exteriores de los grupos de galaxias", añade.

Para este estudio, los investigadores también aprovecharon las observaciones en la banda de rayos X obtenidas con el telescopio eROSITA a bordo del observatorio espacial SRG. Los datos de rayos X permitieron a los investigadores estudiar mejor las características del medio intergaláctico que rodea a las burbujas de gas emisoras de radio.

Objetivo para el futuro: descubrir la naturaleza de los filamentos de gas

Estas observaciones dieron lugar a otros descubrimientos inesperados: delgados filamentos de gas de hasta un millón de años luz formados por partículas que se mueven aproximadamente a la velocidad de la luz y por campos magnéticos.

Según los investigadores, estos filamentos son los restos de las burbujas que el agujero negro Nest200047 produjo hace cientos de millones de años y que ahora se están rompiendo y mezclando con el medio intergaláctico. Se cree que el estudio de estas estructuras permitirá descubrir nueva e importante información sobre las características físicas de la materia intergaláctica y el mecanismo físico que regula la transferencia de energía entre las burbujas y el medio exterior.

"En el futuro, podremos estudiar los efectos de los agujeros negros en las galaxias y en el medio intergaláctico con mayor detalle. Con el tiempo, podremos desvelar la naturaleza de los filamentos que hemos descubierto gracias a la resolución angular de LOFAR combinada con los datos de las estaciones internacionales de LOFAR", añade Gianfranco Brunetti, coautor de este estudio, así como astrofísico del INAF de Bolonia y coordinador italiano del consorcio LOFAR.

Recursos

El LOFAR está gestionado por ASTRON, el Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos, y está compuesto por miles de antenas alojadas en 51 estaciones de radio repartidas por diferentes países europeos. Puede interceptar las frecuencias más bajas de las ondas de radio de la Tierra (entre 10 y 240 megahercios).

La nave espacial SRG fue diseñada por la Asociación Lavochkin, como parte de la corporación Roskosmos y lanzada el 13 de julio de 2019 con un lanzador Proton desde el cosmódromo de Baikonur. El observatorio SRG fue construido con la participación del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en el marco del Programa Espacial Federal Ruso por iniciativa de la Academia de Ciencias de Rusia representada por su Instituto de Investigación Espacial (IKI).

Por su parte, el telescopio eROSITA fue construido bajo la dirección del Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre (MPE) y el DLR. La nave espacial SRG es operada por la Asociación Lavochkin y las Antenas de la Red de Espacio Profundo en Bear Lakes, Ussurijsk y Baykonur financiadas por Roskosmos.

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