Nubes de gas que giran alrededor del agujero negro y forman el corazón de un objeto astronómico distante

Imagen óptica del quásar 3C 273 (el objeto brillante estelar en el centro) obtenida con el Telescopio Espacial Hubble. Fue el primer cuásar en identificarse. Crédito: NASA.

El descubrimiento es la primera observación detallada de los alrededores de un agujero negro masivo fuera de la Vía Láctea, según investigadores del grupo GRAVITY.

En 1963, el astrónomo Maarten Schmidt identificó el primer objeto cuasi estelar o "cuásar", un objeto extremadamente brillante pero distante. Encontró que el único quásar, el núcleo activo de una galaxia lejana conocida por los astrónomos como 3C 273, es 100 veces más luminoso que todas las estrellas de nuestra Vía Láctea combinadas.

Ahora, el equipo internacional de astrónomos de GRAVITY, incluido el Prof. Hagai Netzer de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Tel Aviv, ha llegado a la conclusión de que las nubes de gas que se mueven rápidamente alrededor de un agujero negro central forman el corazón de este cuásar. Los resultados de la nueva investigación fueron publicados en Nature el 29 de noviembre.

La primera medición de la masa del agujero negro en el interior de 3C 273, utilizando un método más antiguo, se realizó en el Observatorio de Florencia y George Wise del TAU en 2000, como parte de la investigación de doctorado realizada por el Dr. Shai Kaspi de TAU, entonces estudiante en el grupo de del Prof. Netzer. Este resultado ahora ha sido corroborado por las observaciones de GRAVITY.

La investigación es la primera observación detallada fuera de nuestra galaxia de nubes de gas girando alrededor de un agujero negro central. Según los investigadores, las mediciones de GRAVITY se convertirán en el punto de referencia para medir masas de agujeros negros en miles de otros cuásares.

Mirando de cerca un agujero negro

El instrumento GRAVITY, situado en Paranal, Chile, tiene capacidades sin precedentes. Combina el área colectiva de cuatro telescopios para formar un telescopio virtual, llamado interferómetro, de 130 metros de ancho. El instrumento puede detectar objetos astronómicos distantes con una resolución extremadamente alta.

"Los quásares se encuentran entre los objetos astronómicos más distantes que se pueden observar", dice el Prof. Netzer. "También juegan un papel fundamental en la historia del universo, ya que su evolución está estrechamente ligada al crecimiento de las galaxias. Si bien casi todas las galaxias grandes albergan un enorme agujero negro en sus centros, hasta ahora solo una en nuestra Vía Láctea ha sido accesible para estudios tan detallados".

"GRAVITY nos permitió resolver, por primera vez, el movimiento de las nubes de gas alrededor de un agujero negro central", dice Eckhard Sturm del Instituto Max Planck para Física Extraterrestre (MPE), quien fue uno de los líderes de la investigación para el estudio. "Nuestras observaciones pueden seguir el movimiento del gas y revelar que las nubes giran alrededor del agujero negro central".

Hasta ahora, tales observaciones no habían sido posibles debido al pequeño tamaño angular de la región interior de un quásar, aproximadamente el tamaño de nuestro sistema solar, pero a unos 2.500 millones de años luz de distancia.

"Las líneas de emisión amplias creadas por el gas en la vecindad del agujero negro son características de observación de los cuásares. Hasta ahora, la distancia del gas al agujero negro, y ocasionalmente el patrón del movimiento, solo podía medirse con un método más antiguo que hizo uso de variaciones de luz en los quásares ", dice el Prof. Netzer. "Con el instrumento GRAVITY, podemos distinguir estructuras en el nivel de 10 microsegundos de arco, lo que corresponde a observar, por ejemplo, una moneda de 1 euro en la Luna".

"La información sobre el movimiento y la distancia del gas inmediatamente alrededor del agujero negro es crucial para medir la masa del agujero negro", explica Jason Dexter, también de MPE, quien fue uno de los líderes de la investigación. "Por primera vez, el antiguo método fue probado experimentalmente y pasó su prueba con gran éxito, confirmando estimaciones previas de unos 300 millones de masas solares para el agujero negro".

"Esta es la primera vez que podemos estudiar los alrededores inmediatos de un agujero negro masivo fuera de nuestra galaxia, la Vía Láctea", concluye Reinhard Genzel, jefe del grupo de investigación de infrarrojos del MPE. "Los agujeros negros son objetos intrigantes, lo que nos permite probar la física en condiciones extremas, y con GRAVITY ahora podemos explorarlos cerca y lejos".

Más información: Rotación espacialmente resuelta de la región de línea ancha de un quásar a escala sub-parsec, Nature (2018). DOI: 10.1038 / s41586-018-0731-9

Fuente: American Friends of Tel Aviv University