Materia cae en un agujero negro al 30 por ciento de la velocidad de la luz

Agujero Negro. Crédito: ESA.

Un equipo de astrónomos del Reino Unido informa de la primera detección de materia que cae en un agujero negro al 30% de la velocidad de la luz y que se encuentra en el centro de la galaxia distante PG211 + 143, a mil millones de años luz. El equipo, dirigido por el profesor Ken Pounds de la Universidad de Leicester, utilizó datos del observatorio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea para observar el agujero negro. Sus resultados aparecen en un nuevo documento en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 

Los agujeros negros son objetos con campos gravitacionales tan fuertes que ni siquiera la luz viaja lo suficientemente rápido como para escapar de su alcance, de ahí la descripción 'negro'. Son muy importantes en astronomía porque ofrecen la forma más eficiente de extraer energía de la materia. Como resultado directo, la acumulación de gas en los agujeros negros debe potenciar los fenómenos más energéticos del Universo. 

El centro de casi todas las galaxias, como nuestra propia Vía Láctea, contiene un llamado agujero negro supermasivo, con masas de millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol. Con la cantidad suficiente de materia cayendo en el agujero, estos pueden llegar a ser extremadamente luminosos, y se ven como un cuásar o núcleo galáctico activo (AGN). 

Sin embargo, los agujeros negros son tan compactos que el gas casi siempre gira demasiado para caer directamente. En cambio, orbita el agujero, acercándose gradualmente a través de un disco de acreción, una secuencia de órbitas circulares de tamaño decreciente. A medida que el gas gira en espiral hacia adentro, se mueve cada vez más rápido y se vuelve caliente y luminoso, convirtiendo la energía gravitacional en la radiación que observan los astrónomos. 

Se supone a menudo que la órbita del gas alrededor del agujero negro está alineada con la rotación del agujero negro, pero no hay una razón convincente para que este sea el caso. De hecho, la razón por la que tenemos verano e invierno es porque la rotación diaria de la Tierra no se alinea con su órbita anual alrededor del Sol. 

Hasta ahora no ha quedado claro cómo la rotación desalineada podría afectar la caída del gas. Esto es particularmente relevante para la alimentación de agujeros negros supermasivos ya que la materia (nubes de gas interestelar o incluso estrellas aisladas) puede caer desde cualquier dirección. 

La nave espacial XMM-Newton. Crédito: ESA.

Usando datos de XMM-Newton, el Prof. Pounds y sus colaboradores observaron los espectros de rayos X (donde los rayos X se dispersan por la longitud de onda) de la galaxia PG211 + 143. Este objeto se encuentra a más de mil millones de años luz de distancia en la dirección de la constelación de Coma Berenices, y es una galaxia Seyfert, caracterizada por un AGN muy brillante que resulta de la presencia del agujero negro masivo en su núcleo. 

Los investigadores encontraron que los espectros estaban fuertemente desplazados al rojo, mostrando que la materia observada caía en el agujero negro a la enorme velocidad del 30% de la velocidad de la luz, o alrededor de 100.000 kilómetros por segundo. El gas casi no tiene rotación alrededor del agujero, y se detecta muy cerca de él en términos astronómicos, a una distancia de solo 20 veces el tamaño del agujero (su horizonte de eventos, el límite de la región donde ya no es posible escapar). 

La observación concuerda estrechamente con el trabajo teórico reciente, también en Leicester y el uso de la instalación de supercomputadora Dirac del Reino Unido que simula el "desgarro" de los discos de acreción desalineados. Este trabajo ha demostrado que los anillos de gas pueden romperse y colisionar entre sí, cancelando su rotación y dejando que el gas caiga directamente hacia el agujero negro. 

Estructura de disco característica de la simulación de un disco desalineado alrededor de un agujero negro que gira. Crédito: K. Pounds et al. / Universidad de Leicester.

Prof. Pounds, del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Leicester , dijo: "La galaxia que estábamos observando con XMM-Newton tiene un agujero negro de 40 millones de masa solar que es muy brillante y evidentemente bien alimentado. De hecho, hace unos 15 años detectamos un fuerte viento que indicaba que el agujero estaba siendo sobrealimentado. Mientras que tales vientos ahora se encuentran en muchas galaxias activas, PG1211 + 143 ahora ha producido otro 'primero', con la detección de la materia que se precipita directamente en el agujero en sí mismo ". 

Este continúa: "Pudimos seguir un grupo de materia del tamaño de la Tierra durante aproximadamente un día, mientras fue arrastrada hacia el agujero negro, acelerando a un tercio de la velocidad de la luz antes de ser tragado por el agujero". 

Una nueva implicación de la nueva investigación es que la "acreción caótica" de discos mal alineados es probable que sea común para los agujeros negros supermasivos. Dichos agujeros negros girarían entonces lentamente, pudiendo aceptar mucho más gas y crecer sus masas más rápidamente de lo que generalmente se cree, proporcionando una explicación de por qué los agujeros negros que se formaron en el Universo temprano rápidamente ganaron masas muy grandes. 

Fuente: Royal Astronomical Society