Yendo contra la corriente alrededor de un agujero negro supermasivo

Imagen de ALMA que muestra dos discos de gas que se mueven en direcciones opuestas alrededor del agujero negro en la galaxia NGC 1068. Los colores en esta imagen representan el movimiento del gas: el azul es material que se mueve hacia nosotros, el rojo se aleja. Los triángulos blancos se agregan para mostrar el gas acelerado que se expulsa del disco interno, formando una nube espesa y oscura alrededor del agujero negro. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), V. Impellizzeri; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello.

En el centro de una galaxia llamada NGC 1068, un agujero negro supermasivo se esconde dentro de una gruesa nube de polvo y gas en forma de rosquilla. Cuando los astrónomos usaron el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar esta nube con más detalle, hicieron un descubrimiento inesperado que podría explicar por qué los agujeros negros supermasivos crecieron tan rápidamente en el Universo temprano. 

"Gracias a la resolución espectacular de ALMA, medimos el movimiento de gas en las órbitas internas alrededor del agujero negro", explica Violette Impellizzeri del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), trabajando en ALMA en Chile y autora principal en un artículo publicado en el Astrophysical Journal. "Sorprendentemente, encontramos dos discos de gas girando en direcciones opuestas". 

Los agujeros negros supermasivos ya existían cuando el Universo era joven, solo mil millones de años después del Big Bang. Pero cómo estos objetos extremos, cuyas masas son hasta miles de millones de veces la masa del Sol, tuvieron tiempo de crecer en un período de tiempo relativamente corto, es una pregunta pendiente entre los astrónomos. Este nuevo descubrimiento de ALMA podría proporcionar una pista. "Las corrientes de gas contrarrotativas son inestables, lo que significa que las nubes caen en el agujero negro más rápido que en un disco con una sola dirección de rotación", dijo Impellizzeri. "Esta podría ser una forma en que un agujero negro puede crecer rápidamente". 

NGC 1068 (también conocido como Messier 77) es una galaxia espiral a aproximadamente 47 millones de años luz de la Tierra en la dirección de la constelación de Cetus. En su centro hay un núcleo galáctico activo, un agujero negro supermasivo que se alimenta activamente de un disco delgado y giratorio de gas y polvo, también conocido como disco de acreción. 

Este es un gráfico de estrellas que muestra la ubicación de NGC 1068 (también conocido como Messier 77), una galaxia espiral a aproximadamente 47 millones de años luz de la Tierra en la dirección de la constelación Cetus. Crédito: IAU; Revista Sky & Telescope; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello.

Observaciones anteriores de ALMA revelaron que el agujero negro no solo está tragando material, sino que también arroja gas a velocidades increíblemente altas, hasta 500 kilómetros por segundo (más de un millón de millas por hora). Este gas que se expulsa del disco de acreción probablemente contribuye a ocultar la región alrededor del agujero negro de los telescopios ópticos. 

Impellizzeri y su equipo utilizaron la capacidad superior de zoom de ALMA para observar el gas molecular alrededor del agujero negro. Inesperadamente, encontraron dos discos de gas contrarrotativos. El disco interno abarca 2-4 años luz y sigue la rotación de la galaxia, mientras que el disco externo (también conocido como el toro) abarca 4-22 años luz y está girando en sentido contrario. 

"No esperábamos ver esto, porque el gas que cae en un agujero negro normalmente giraría alrededor de él en una sola dirección", dijo Impellizzeri. "Algo debe haber alterado el flujo, porque es imposible que una parte del disco comience a girar hacia atrás por sí sola". 

La contrarrotación no es un fenómeno inusual en el espacio. "Lo vemos en galaxias, generalmente a miles de años luz de distancia de sus centros galácticos", explicó el coautor Jack Gallimore de la Universidad de Bucknell en Lewisburg, Pennsylvania. "La contrarrotación siempre resulta de la colisión o interacción entre dos galaxias. Lo que hace que este resultado sea notable es que lo vemos en una escala mucho más pequeña, decenas de años luz en lugar de miles del agujero negro central". 

Los astrónomos piensan que el flujo hacia atrás en NGC 1068 podría ser causado por nubes de gas que cayeron de la galaxia anfitriona, o por una pequeña galaxia que pasa en una órbita contrarrotatoria capturada en el disco. 

Por el momento, el disco externo parece estar en una órbita estable alrededor del disco interno. "Eso cambiará cuando el disco externo comience a caer sobre el disco interno, lo que puede suceder después de unas pocas órbitas o unos cientos de miles de años. Las corrientes de gas giratorias colisionarán y se volverán inestables, y los discos probablemente colapsarán en evento de manera luminosa ya que el gas molecular cae en el agujero negro. Desafortunadamente, no estaremos allí para presenciar los fuegos artificiales ", dijo Gallimore. 

Fuente: Observatorio Nacional de Radioastronomía NRAO,