Los agujeros negros no tienen muchas características distintivas. Tienen un color (negro) y una forma (esférico). La principal diferencia entre los agujeros negros es la masa: algunos pesan aproximadamente lo mismo que una estrella como nuestro Sol, mientras que otros pesan alrededor de un millón de veces más. Los agujeros negros de masa estelar se pueden encontrar en cualquier parte de una galaxia, pero los realmente grandes (conocidos como agujeros negros supermasivos) se encuentran en los núcleos de las galaxias.
Estos colosos supermasivos siguen siendo bastante pequeños cuando se los observa desde una perspectiva cósmica, ya que normalmente contienen solo alrededor del 1% de la masa de su galaxia anfitriona y se extienden solo hasta una millonésima parte de su ancho.
Sin embargo, como acabamos de descubrir, existe un vínculo sorprendente entre lo que sucede cerca del agujero negro y la forma de toda la galaxia que lo rodea. Nuestros resultados se publican en Nature Astronomy.
Cuando los agujeros negros se iluminan
Los agujeros negros supermasivos son bastante raros. Nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene uno en su centro (llamado Sagitario A*), y muchas otras galaxias también parecen albergar un único agujero negro supermasivo en su núcleo.
En las circunstancias adecuadas, el polvo y el gas que caen en estos núcleos galácticos pueden formar un disco de material caliente alrededor del agujero negro. Este «disco de acreción» a su vez genera un chorro supercalentado de partículas cargadas que son expulsadas del agujero negro a velocidades asombrosas, cercanas a la velocidad de la luz.
Cuando un agujero negro supermasivo se ilumina de esta manera, lo llamamos cuásar.
Cómo observar un cuásar
Para observar bien los chorros de un cuásar, los astrónomos suelen utilizar radiotelescopios. De hecho, a veces combinamos observaciones de varios radiotelescopios ubicados en diferentes partes del mundo.
Usando una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga, podemos hacer que un solo telescopio tenga el tamaño de toda la Tierra. Este ojo masivo es mucho mejor para resolver detalles finos que cualquier telescopio individual.
Como resultado, no solo podemos ver objetos y estructuras mucho más pequeños que a simple vista, sino que podemos hacerlo mejor que con el telescopio espacial James Webb.
Esta es la técnica que se utilizó para crear la primera «imagen de un agujero negro» en 2019, que muestra el halo de luz generado alrededor del agujero negro supermasivo que alberga la galaxia M87.
Los chorros de cuásares que se pueden detectar mediante interferometría de línea de base muy larga pueden tener millones de años luz de longitud y casi siempre se encuentran en galaxias elípticas. Mediante interferometría de línea de base muy larga, podemos observarlos a unos pocos años luz de distancia de su agujero negro de origen.
La dirección del chorro cerca de su fuente nos indica la orientación del disco de acreción y, por lo tanto, potencialmente, las propiedades del propio agujero negro.
Conexión con la galaxia anfitriona
¿Qué sucede con las galaxias anfitrionas? Una galaxia es un objeto tridimensional, formado por cientos de miles de millones de estrellas.
Pero a nosotros nos aparece (observada en el campo óptico o infrarrojo) en proyección, ya sea como una elipse o una espiral. Podemos medir la forma de estas galaxias, trazando el perfil de la luz de las estrellas, y medir el eje largo y el eje corto de la forma bidimensional.
En nuestro artículo, comparamos la dirección de los chorros de cuásar con la dirección de este eje más corto de la elipse de la galaxia, y descubrimos que tienden a apuntar en la misma dirección. Esta alineación es estadísticamente más significativa de lo que cabría esperar si ambos estuvieran orientados aleatoriamente.
Esto es sorprendente, ya que el agujero negro es tan pequeño (los chorros que medimos tienen solo unos pocos años luz de longitud) en comparación con la galaxia anfitriona (que puede tener cientos de miles o incluso millones de años luz de diámetro).
Es sorprendente que un objeto tan relativamente pequeño pueda afectar, o ser afectado por, el medio ambiente en escalas tan grandes. Podríamos esperar ver una correlación entre el chorro y el entorno local, pero no con toda la galaxia.
Cómo se forman las galaxias
¿Tiene esto algo que decir sobre la forma en que se forman las galaxias?
Las galaxias espirales son quizás el tipo de galaxia más famoso, pero a veces chocan con otras espirales y forman galaxias elípticas. Vemos estas manchas tridimensionales con forma de huevo como elipses bidimensionales en el cielo.
El proceso de fusión desencadena la actividad de los cuásares de maneras que no entendemos completamente. Como resultado, casi todos los chorros de cuásares que se pueden detectar utilizando interferometría de línea base muy larga están alojados en galaxias elípticas.
La interpretación exacta de nuestros resultados sigue siendo un misterio, pero es importante en el contexto del reciente descubrimiento del Telescopio Espacial James Webb de cuásares altamente masivos (con agujeros negros masivos), que se han formado mucho antes en el universo de lo esperado. Claramente, nuestra comprensión de cómo se forman las galaxias y cómo los agujeros negros influyen en eso necesita ser actualizada.
Con información de Nature
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