No podemos verlos directamente, pero sabemos que están ahí. Los agujeros negros supermasivos (SMBH) probablemente habitan en el centro de cada galaxia grande. Su abrumadora gravedad atrae material hacia ellos, donde se acumula en un disco de acreción, esperando su turno para cruzar el horizonte de sucesos hacia el olvido.
Pero en una galaxia, el SMBH se atragantó con su comida y la escupió, enviando material a altas velocidades y limpiando todo el vecindario.
Sabemos que hay algo en el corazón de las grandes galaxias desde principios de la década de 1960, cuando los astrónomos descubrieron una fuente de radio inexplicable en el centro de una galaxia elíptica gigante. Los astrónomos pensaron que era una estrella, pero su espectro no tenía sentido. Y como estaba tan lejos, a unos 2.400 millones de años luz, eso significaba que estaba emitiendo la energía de cientos de galaxias. La tasa de luz emitida por el objeto varió y se creó el término cuásar (objeto cuasi estelar) para describirlo.
En los años siguientes se descubrieron más cuásares y, finalmente, los astrónomos se dieron cuenta de que el gas que caía dentro de un objeto compacto masivo podía crear lo que estaban viendo. Más estudios demostraron que el gas forma un disco giratorio alrededor del objeto, llamado disco de acreción. Los astrónomos también observaron estrellas que se movían de manera extraña cerca del centro de las galaxias, y sólo un objeto masivo podría explicar sus velocidades y movimientos.
En la década de 1970, los astrónomos pensaban que había uno de estos objetos masivos en el centro de la Vía Láctea. En 1974, los astrónomos la descubrieron y la llamaron estrella A de Sagitario. Con el tiempo, cada vez más evidencia demostró que la mayoría, si no todas, las galaxias grandes tienen SMBH en su centro. Ahora entendemos el vínculo entre el disco de acreción, el agujero negro y los núcleos galácticos activos (AGN), que son agujeros negros que consumen material activamente y emiten mucha radiación.
Entonces, esta es nuestra imagen actual de las SMBH. Son objetos compactos masivos que acechan en los centros de las galaxias. Pueden tener cientos de millones, incluso miles de millones, de masas solares. Los SMBH atraen material hacia ellos y el material se acumula en un disco de acreción. El disco se calienta y emite radiación, y los campos magnéticos enredados hacen que chorros astrofísicos salgan disparados de los polos.
No todo el material del disco de acreción supera el horizonte de sucesos. Los SMBH solo consumen una fracción del material del disco. Una vez que alcanzan el límite de Eddington, el resto es enviado al espacio, arrastrando consigo parte del gas del centro galáctico.
Los astrónomos han detectado un SMBH distante en la galaxia Markarian 817 que ha roto esta imagen. Más allá del disco de acreción de un SMBH, el gas neutro y el polvo forman un toroide. En la misma región, las nubes de gas interestelar de formación de estrellas residen justo más allá del alcance gravitacional del SMBH. El distante SMBH envió tanto material del disco al espacio a gran velocidad que eliminó todo el gas de la región. Eso sofocó la formación de estrellas en el centro galáctico.
El descubrimiento se presenta en una nueva investigación en The Astrophysical Journal Letters . Se titula "Comentarios feroces en un estado oscuro y sub-Eddington del Seyfert 1.2 Markarian 817". La autora principal es Miranda Zak, investigadora universitaria de la Universidad de Michigan.
Los astrónomos ya han encontrado SMBH que están alejando material de sus centros galácticos. Lo llaman "viento de agujero negro" y lo han detectado alrededor de discos de acreción extremadamente brillantes que han alcanzado el límite de cantidad de material que pueden acumular. El viento del agujero negro arroja el exceso de material al espacio.
Pero en Markarian 817 el disco no es muy brillante. Eso significa que no debería estar en su límite de Eddington o límite de acumulación de masa. Es sólo un "bocadillo", según un comunicado de prensa que anuncia el descubrimiento.
"Se podrían esperar vientos muy rápidos si un ventilador se encendiera a su máxima potencia. En la galaxia que estudiamos, llamada Markarian 817, el ventilador se encendió a una potencia más baja, pero todavía se generaban vientos increíblemente energéticos". dijo la coautora del estudio Miranda Zak.
En términos científicos, estos vientos se denominan flujos de salida ultrarrápidos (OVNI). Los OVNIs tienen velocidades de muchos millones de millas por hora y los astrónomos han descubierto que provienen de discos de acreción que han alcanzado sus límites de Eddington. Pero esto es diferente.
"Los ovnis a menudo se detectan en el límite de Eddington o por encima de él; este resultado indica que la acumulación de agujeros negros tiene el potencial de dar forma a galaxias anfitrionas incluso en fracciones modestas de Eddington", escriben los autores en su investigación.
La acumulación de agujeros negros y los ovnis resultantes pueden extinguir la formación de estrellas cerca del centro galáctico al expulsar todo el gas. El potente viento también se lleva el combustible del SMBH y, sin gas nuevo para alimentar su disco de acreción, emite mucha menos luz.
"Es muy poco común observar vientos ultrarrápidos y aún menos común detectar vientos que tienen suficiente energía para alterar el carácter de su galaxia anfitriona. El hecho de que Markarian 817 haya producido estos vientos durante alrededor de un año sin estar en un estado particularmente activo "El estado actual sugiere que los agujeros negros pueden remodelar sus galaxias anfitrionas mucho más de lo que se pensaba", añadió el coautor Elias Kammoun, astrónomo de la Universidad Roma Tre en Italia.
Múltiples telescopios y observatorios contribuyeron a este descubrimiento. Cuando el material de un disco de acreción se calienta, emite rayos X. Sin embargo, cuando los investigadores observaron Markarian 817 con el observatorio Swift de la NASA, los rayos X eran casi indetectables. "¡La señal de los rayos X era tan débil que estaba convencido de que estaba haciendo algo mal!" exclamó la autora principal Miranda Zak.
Pero Swift no es nuestro mejor observatorio de rayos X. Por eso los astrónomos recurrieron al observatorio de rayos X XMM-Newton de la ESA. Esas observaciones mostraron que el OVNI de Markarian 817 estaba bloqueando los rayos X de la corona del SMBH, el entorno inmediato del agujero. Otro observatorio de rayos X, el telescopio NuSTAR de la NASA, confirmó esas observaciones:los rayos X estaban allí, sólo que oscurecidos.
El OVNI de Markarian 817 sólo duró aproximadamente un año. Pero durante ese tiempo, reformó el centro de la galaxia. Este estudio muestra con claro detalle cómo los agujeros negros y sus galaxias anfitrionas se moldean entre sí y tienen poderosos efectos en la evolución de cada uno.
El estudio también arroja luz sobre por qué algunos centros galácticos, incluida la Vía Láctea, no exhiben mucha formación estelar activa. Los SMBH en sus centros han expulsado el gas de formación de estrellas. Pero esto sólo puede suceder si el OVNI es lo suficientemente poderoso y duradero.
La acreción y retroalimentación de SMBH, y cómo da forma a la galaxia que la alberga, es algo sobre lo que los astrofísicos están ansiosos por aprender más. En este caso, el XMM-Newton de la ESA jugó un papel fundamental a la hora de determinar qué estaba pasando en Markarian 817.
Norbert Schartel es científico de proyectos de XMM-Newton. Aunque no forma parte directamente de esta investigación, Schartel habló sobre lo importante que es XMM-Newton para descifrar lo que sucede cerca de las SMBH.
"Muchos de los problemas pendientes en el estudio de los agujeros negros son una cuestión de lograr detecciones a través de largas observaciones que se extienden a lo largo de muchas horas para detectar eventos importantes. Esto resalta la importancia primordial de la misión XMM-Newton para el futuro. Ninguna otra misión puede ofrecer la misma combinación de su alta sensibilidad y su capacidad para realizar observaciones prolongadas e ininterrumpidas", afirmó Schartel.
Más información: Miranda K. Zak et al, Comentarios feroces en un estado oscurecido y sub-Eddington de Seyfert 1.2 Markarian 817, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1407
Información de la revista: Cartas de revistas astrofísicas
Proporcionado por Universe Today
