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Utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST), los astrónomos han obtenido imágenes de la estructura del polvo y el gas alrededor de un distante agujero negro supermasivo, encontrando literalmente una característica de “choque”.
El equipo descubrió que la energía que calienta esta nube de gas y polvo en espiral proviene en realidad de colisiones con chorros de gas que viajan a velocidades cercanas a la de la luz, o “choques”. Anteriormente, los científicos habían teorizado que la energía que calienta este polvo proviene del propio agujero negro supermasivo, lo que hace que este giro sea inesperado.
El hogar galáctico de este particular agujero negro supermasivo es ESO 428-G14, una galaxia activa ubicada a unos 70 millones de años luz de la Tierra. El término “galaxia activa” significa que ESO 428-G14 posee una región central o “núcleo galáctico activo” (AGN) que emite una luz potente e intensa a lo largo del espectro electromagnético debido a la presencia de un agujero negro supermasivo que se alimenta vorazmente de la materia que lo rodea.
El hallazgo del AGN de choque fue realizado por miembros de la colaboración GATOS (Galactic Activity, Torus, and Outflow Survey), quienes están utilizando observaciones dedicadas del JWST para estudiar los corazones de las galaxias cercanas.
“Existe un gran debate sobre cómo los AGN transfieren energía a su entorno”, dijo en un comunicado David Rosario, miembro del equipo GATOS y profesor titular de la Universidad de Newcastle. “No esperábamos ver chorros de radio que causaran este tipo de daño. ¡Y sin embargo, aquí está!”
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Descubriendo los secretos de un agujero negro “ruidoso”
Se cree que todas las galaxias grandes tienen agujeros negros supermasivos centrales, que tienen masas que varían entre millones y miles de millones de veces la del Sol, pero no todos estos agujeros negros se encuentran en AGN.
Tomemos como ejemplo la Vía Láctea. El agujero negro supermasivo de nuestra galaxia, Sagitario A* (Sgr A*), está rodeado de tan poco material que su “dieta” de materia es el equivalente a la de un ser humano que subsiste con un grano de arroz al día. millón años. Esto convierte a Sgr A*, que tiene una masa equivalente a unos 4,3 millones de soles, en un agujero negro “silencioso”, pero seguro que tiene algunos vecinos ruidosos.
Tomemos como ejemplo el agujero negro supermasivo que se encuentra en el corazón de la galaxia Messier 87 (M87), a unos 55 millones de años luz de distancia. Este agujero negro M87* no solo es mucho más masivo que Sgr A*, con una masa equivalente a unos 6,5 mil millones soles, pero también está rodeado de una gran cantidad de gas y polvo, del que se alimenta.
Esta materia no puede caer directamente sobre M87* porque lleva momento angular, lo que significa que forma una nube aplanada y giratoria de gas y polvo alrededor del agujero negro supermasivo, llamada “disco de acreción”, que lo alimenta gradualmente.
Los agujeros negros supermasivos no se quedan sentados en discos de acreción esperando pasivamente a que los alimenten como un bebé cósmico en una silla alta. La inmensa influencia gravitatoria de estos titanes cósmicos genera enormes fuerzas de marea en el disco de acreción, creando una ficción que lo calienta a temperaturas de hasta 18 millones de grados Fahrenheit (10 millones de grados Celsius).
Esto hace que el disco de acreción brille intensamente, alimentando parte de la iluminación del AGN. La inmensa influencia gravitatoria de estos titanes cósmicos genera enormes fuerzas de marea en el disco de acreción, creando una atmósfera que lo calienta a temperaturas de hasta 18 millones de grados Fahrenheit (10 millones de grados Celsius).
Pero eso no es todo.
Como un niño que se porta mal, no toda la “comida” de un agujero negro supermasivo va a parar a su “boca”. Los campos magnéticos potentes canalizan parte de la materia de los discos de acreción hacia los polos del agujero negro, acelerando así estas partículas cargadas hasta alcanzar velocidades cercanas a la de la luz. Es como si tu hijo te arrojara la comida.
Desde los dos polos del agujero negro, esta materia sale en forma de chorros astrofísicos paralelos. Estos chorros también van acompañados de la emisión de luz en todo el espectro electromagnético, especialmente potente en ondas de radio.
Como resultado de estas contribuciones, los AGN pueden ser tan brillantes que eclipsan la luz combinada de todas las estrellas de la galaxia que los rodea.
El polvo que rodea a los AGN puede a menudo bloquear nuestra visión de sus núcleos al absorber la luz visible y otras longitudes de onda de la radiación electromagnética. Sin embargo, la luz infrarroja puede esquivar a este polvo y, convenientemente, el JWST ve el cosmos en infrarrojo. Eso significa que el poderoso telescopio espacial es la herramienta perfecta para observar el centro de los AGN.
Cuando el equipo de GATOs hizo esto para ESO 428-G14, descubrieron que el polvo cerca del agujero negro supermasivo se está extendiendo a lo largo de su chorro. Esto reveló una relación inesperada entre los chorros y el polvo, lo que sugiere que estos poderosos flujos de salida podrían ser responsables tanto del calentamiento como de la conformación del polvo.
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Estudiar más a fondo la conexión entre los chorros y el polvo alrededor de los agujeros negros supermasivos podría revelar el impacto que estos titanes cósmicos tienen en la conformación de sus galaxias y cómo se recicla el material en los AGN.
“Tener la oportunidad de trabajar con datos exclusivos del JWST y acceder a estas impresionantes imágenes antes que nadie es más que emocionante”, afirmó Houda Haidar, estudiante de doctorado en la Facultad de Matemáticas, Estadística y Física de la Universidad de Newcastle. “Me siento increíblemente afortunada de ser parte del equipo de GATOS. Trabajar en estrecha colaboración con los principales expertos en el campo es realmente un privilegio”.
La investigación del equipo fue publicada en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.