Un agujero negro supermasivo expulsó toda la materia de la que se alimentaba y modificó su galaxia

En el centro de cada galaxia se encuentra un objeto enorme y misterioso: un agujero negro, cuya fuerza natural atrae toda la materia y gas de su entorno.

Y a medida que el gas gira en espiral hacia adentro, se agrupa en un “disco” plano alrededor del agujero negro, donde se calienta y se ilumina. Con el tiempo, el gas más cercano al agujero negro pasa el punto de no retorno y es engullido.

¿Qué pasó en la galaxia Markarian 817?

Pero existe un agujero negro que hace todo lo contrario. Un agujero negro caprichoso como un niño que vuelca su plato de comida, generó un viento super rápido tan violento que arrojó en todas direcciones la materia del que se alimentaba, barriendo el gas interestelar circundante y modificando la propia estructura de su galaxia, llamada Markarian 817.

El objeto fue detectado por el telescopio espacial XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y los datos fueron analizados en el estudio publicado en The Astrophysical Journal, liderado por la Universidad Americana de Michigan y al que también contribuyó la Universidad de Roma Tre.

Situado a 430 millones de años luz de distancia, astrónomos italianos han descubierto este agujero negro que se alimenta a sí mismo pero impide que su galaxia forme estrellas. Esto sucede debido a un efecto llamado retroalimentación AGN. Este fenómeno está relacionado con cuando un agujero negro supermasivo se está alimentando y se libera material energético a través de chorros o vientos. El proceso por el cual esto ocurre es extremadamente complejo.

El becario postdoctoral Iván Almeida, que actualmente trabaja en Inglaterra, ha hecho su carrera científica explicando cómo se producen los vientos AGN. Sus trabajos fueron publicados en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society donde investiga la formación de vientos a través de modelos computacionales.

La idea es que los vientos AGN se formen alrededor de un agujero negro que se alimenta. La energía de los vientos depende de la tasa de acreción de estos objetos. Se espera que los agujeros negros con tasas de acreción más altas puedan generar vientos más rápidos. Pero eso no es lo que encontró un grupo italiano.

¿Cómo actúan los agujeros negros?

Un agujero negro es un objeto celeste que posee una masa extremadamente importante en un volumen muy pequeño. Son uno de los fenómenos astronómicos que más intriga a los científicos.

En concreto, son los restos fríos de antiguas estrellas, tan densas que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, es capaz de escapar a su poderosa fuerza gravitatoria. Mientras muchas estrellas acaban convertidas en enanas blancas o estrellas de neutrones, los agujeros negros representan la última fase en la evolución de enormes estrellas que fueron al menos de 10 a 15 veces más grandes que nuestro sol.

¿Cómo se forman los agujeros negros?

Según la Unión Astronómica Internacional, cuando las estrellas gigantes alcanzan el estadio final de sus vidas estallan en cataclismos conocidos como supernovas. Ese estallido dispersa la mayor parte de la estrella al vacío espacial, aunque quedan una gran cantidad de restos fríos en los que no se produce la fusión.

En las estrellas jóvenes, la fusión nuclear crea energía y una presión exterior constante que se encuentra en equilibrio con la fuerza de gravedad interior que produce la propia masa de la estrella. Sin embargo, en los restos inertes de una supernova no hay una fuerza que se resista a la gravedad, por lo que la estrella empieza a replegarse sobre sí misma.

Sin una fuerza que frene la gravedad, el emergente agujero negro encoge hasta un volumen cero, en cuyo punto pasa a ser infinitamente denso. Incluso la luz de dicha estrella es incapaz de escapar a su inmensa fuerza gravitatoria, que se ve atrapada en órbita, por lo que la oscura estrella se conoce con el nombre de agujero negro.

Según la ley de la relatividad general publicada en 1915 por Albert Einstein, que permite explicar su funcionamiento, la atracción gravitacional de estos “monstruos” cósmicos es tal que no se les escapa nada: ni la materia, ni la luz, sea cual sea su longitud de onda. Y si la luz, que es lo que más rápido viaja en nuestro Universo no puede salir, entonces nada podrá hacerlo.

El enigma de los vientos en Mrk 817

Inicialmente, el agujero negro de Markarian 817 llamó la atención de los científicos por la poca cantidad de luz que emitió durante casi un año (los centros galácticos activos emiten luz de alta energía, incluidos rayos X).

Las observaciones de seguimiento realizadas con el telescopio XMM-Newton revelaron lo que estaba ocurriendo: los vientos ultrarrápidos del disco de acreción estaban bloqueando los rayos X enviados desde el entorno del agujero negro (la corona).

“La señal de rayos X era tan débil que estaba convencida de que estaba haciendo algo mal”, explica la investigadora Miranda Zak (Universidad de Michigan), quien vio la galaxia a través del observatorio Swift de la NASA.

“Cabría esperar vientos muy rápidos, como si se encendiera un ventilador a su máxima potencia. En la galaxia que estudiamos, llamada Markarian 817, el ventilador estaba encendido a una potencia menor, pero aún así se generaban vientos increíblemente energéticos”, señala Miranda Zak.

“Es muy poco común observar vientos ultrarrápidos, y aún menos común detectar vientos que tengan suficiente energía como para alterar el carácter de su galaxia anfitriona. Que Markarian 817 produjera estos vientos durante aproximadamente un año, mientras no se encontraba en un estado particularmente activo, sugiere que los agujeros negros pueden remodelar sus galaxias anfitrionas mucho más de lo que se pensaba”, apuntó, el astrónomo italiano Elias Kammoun, de la Universidad Roma Tre.

Estas mediciones fueron respaldadas por observaciones realizadas con el telescopio NuSTAR de la NASA. Un análisis detallado de las mediciones de rayos X mostró que, lejos de emitir una única “bocanada” de gas, el centro de Markarian 817 produjo una tormenta en una amplia zona del disco de acreción.

El viento duró varios cientos de días y estaba formado por al menos tres componentes distintos, cada uno de los cuales se movía a varios puntos porcentuales de la velocidad de la luz.

La idea de que los agujeros negros supermasivos pueden alterar la formación estelar de una galaxia no es nueva. Este fenómeno se ha estudiado durante décadas, pero esta es la primera vez que se observa en un agujero negro con una tasa de acreción baja. Esto puede explicar por qué observamos galaxias que se consideran inactivas.

El descubrimiento es importante porque es una observación poco común incluso en agujeros negros con tasas de acreción más altas. Con este en particular, es aún más emocionante porque puede responder una pregunta que ha mantenido despiertos a los astrónomos durante mucho tiempo.