Observaciones con el VLT sugieren que los agujeros negros no sólo devoran polvo cósmico

Una investigación, con participación del IAC, obtiene la observación más detallada hasta la fecha de un agujero negro dentro de una galaxia supermasiva
Los resultados sugieren que, además de engullir ferozmente el polvo cósmico de su entorno, el agujero negro expulsa otra parte de ese polvo al exterior en forma de vientos fríos
El estudio, que aparece publicado en Astrophysical Journal, pone en jaque las actuales teorías sobre los agujeros negros

Una visualización artística de una estrella que se acercó demasiado a un agujero negro súper-masivo en la galaxia RX J1242-11.

Los agujeros negros aún guardan secretos que sólo puede revelarse con ?lupas? tan gigantes como el interferómetro del Very Large Telescope (VLT), que opera el Observatorio Europeo del Sur (ESO, en su acrónimo inglés) en el cerro de Paranal (Chile). Este aparato ha permitido la observación más detallada hasta la fecha de un agujero negro dentro de una galaxia activa. Como era de esperar, la investigación, que cuenta con la participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), han descubierto mucho polvo cósmico. Sin embargo, la sorpresa es que el agujero negro no engulle ferozmente todo el polvo del entorno. Al contrario, expulsa parte del mismo hacia el exterior en forma de vientos fríos.
El hallazgo, que publica la revista Astrophysical Journal, pone en jaque las actuales teorías y nos revela cómo evolucionan e interactúan con su entorno los agujeros negros supermasivos.
A lo largo de los últimos veinte años, los astrónomos han descubierto que casi todas las galaxias tienen un enorme agujero negro en su centro. Algunos de esos agujeros negros crecen atrayendo materia de su entorno y crean, durante el proceso, el objeto más energético del universo: los núcleos de galaxias activos (Active Galactic Nuclei, AGN).
Las regiones centrales de estas brillantes centrales energéticas están rodeadas por un anillo de forma toroidal, es decir, la misma que tiene una rosquilla. Se compone de polvo cósmico arrastrado del espacio circundante en un fenómeno similar a lo que ocurre cuando el agua forma un pequeño remolino alrededor del desagüe de un lavabo.
Se creía que la mayor parte de la fuerte radiación infrarroja que provenía de los AGNs se originaba en esos roscos. Sin embargo, nuevas observaciones de una galaxia activa cercana llamada NGC 3783, empleando las capacidades del Interferómetro han dado una sorpresa a un equipo de astrónomos. Pese a que el polvo caliente ? que tiene una temperatura de entre 700 y 1000 grados Celsius ? se encuentra en un toro (tal y como esperaban), han descubierto grandes cantidades de polvo frío encima y debajo de este toro principal.
La investigación no partía de cero: la astrofísica del IAC Almudena Prieto ha aportado los resultados obtenidos sobre NGC 3783 obtenidos mediante técnicas de óptica adaptativa facilitadas por VLT. ?Usando estas técnicas nos dimos cuenta hace tiempo que la radiación tan potentísima que se emitía en la cercanía de este agujero negro es expelida con velocidades de miles de kilómetros y, además, de forma colimada o, lo que es lo mismo, en una dirección privilegiada?, expone Prieto.
La investigación publicada por Astrophysical Journal da un paso más allá y logra observar el agujero de NGC 3783 con una ?lupa entre 10 y 15 veces más potente?, apunta la investigadora del IAC. ?Con esta súper amplificación vimos que el polvo que esperábamos encontrar alrededor de este agujero negro y, del cual este se alimenta ferozmente, no parece estar destinado por entero para este fin. Vemos mucho polvo que está localizado en la misma dirección en la que sale la radiación?, añade.
Tal y como explica el autor principal del artículo que presenta estos nuevos resultados, Sebastian Hönig (Universidad de California Santa Barbara, EE.UU, y Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Alemania), ?es la primera vez que hemos podido combinar observaciones detalladas en el infrarrojo medio del polvo frío (casi a temperatura ambiente) que rodea a un AGN, con observaciones de casi la misma precisión del polvo muy caliente. Es también la mayor colección de datos interferométricos en el infrarrojo sobre AGNs publicada hasta el momento?.

Los agujeros negros no son los únicos objetos que causan grandes mareas. Júpiter también puede hacerlo. Esta ilustración muestra al cometa Shoemaker-Levy estrellándose contra Júpiter en 1994, luego de haber sido destrozado por las mareas del gigantesco planeta. Aunque en una escala muy diferente, el mecanismo físico culpable de la ruptura de Shoemaker-Levy también causó la disgregación en la estrella en RX J1242-11.

El polvo descubierto forma una corriente de viento frío que sale del agujero negro. Este viento debe jugar un importante papel en la compleja relación existente entre el agujero negro y su entorno. El agujero negro satisface su insaciable apetito alimentándose del material circundante, pero la intensa radiación que produce este proceso también parece estar eyectando material. Aún no está muy clara la forma en que estos dos procesos se alían para permitir que los agujeros negros supermasivos crezcan y evolucionen en el interior de las galaxias, pero la presencia de un viento polvoriento añade una nueva pieza a este puzzle.
Con el fin de investigar las regiones centrales de NGC 3783, los astrónomos necesitaban utilizar las capacidades combinadas de los Telescopios Unitarios del VLT de ESO. Utilizándolos juntos, forman un interferómetro que puede obtener una resolución equivalente a la de un telescopio de 130 metros.
Otro miembro del equipo, Gerd Weigelt (Instituto Max-Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania), explica: ?Combinando las capacidades únicas de los espejos del VLT con la interferometría somos capaces de recoger la suficiente cantidad de luz como para observar objetos débiles. Eso nos permite estudiar una región tan pequeña como la distancia que separa a nuestro Sol de su estrella más cercana, en una galaxia que se encuentra a decenas de millones de años luz. Actualmente, no hay otro sistema óptico o infrarrojo en el mundo capaz de emular estas capacidades?.
Estas nuevas observaciones pueden llevar a un cambio de paradigma en la comprensión de los AGN. Son evidencias directas de que el polvo está siendo eyectado por la fuerte radiación. Los modelos de distribución del polvo y los que muestran cómo crecen y evolucionan los agujeros negros supermasivos deberán tener en cuenta, a partir de ahora, estos nuevos efectos recién descubiertos.
Hönig concluye, ?Ahora estoy ansioso por la puesta en funcionamiento de MATISSE, que nos permitirá combinar los Telescopios Unitarios del VLT de una sola vez y observar simultáneamente en el infrarrojo cercano y el infrarrojo medio ? proporcionándonos datos mucho más detallados?. MATISSE, un instrumento de segunda generación para el VLTI, se encuentra actualmente en fase de construcción.

Contacto en el IAC: Almudena Prieto (teléfono: 922 605 200)