Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto evidencia contundente de que la estructura de la materia que rodea a los agujeros negros supermasivos ha cambiado a lo largo del tiempo cósmico.
De ser cierta, la investigación, dirigida por el Observatorio Nacional de Atenas y publicada en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, cuestionaría una ley fundamental que ha existido durante casi cinco décadas.
Cómo generan luz intensa los cuásares
Los cuásares, identificados por primera vez en la década de 1960, son algunos de los objetos más brillantes del universo. Se alimentan de agujeros negros supermasivos a medida que la materia, atraída por la intensa gravedad, se desplaza en espiral hacia el interior, formando una estructura en forma de disco giratorio que finalmente se hunde en el agujero negro.
Este disco es extremadamente caliente debido a la fricción entre las partículas de materia que giran alrededor del agujero negro. Produce de 100 a 1000 veces más luz que una galaxia entera con 100 000 millones de estrellas, generando un brillo que eclipsa a su galaxia anfitriona y todo lo que contiene. Esta enorme cantidad de luz ultravioleta puede observarse con telescopios, lo que permite a los astrónomos encontrar cuásares en los confines del universo.
Se cree que la luz ultravioleta del disco también alimenta la luz de rayos X, mucho más energética, producida por los cuásares: los rayos ultravioleta, al viajar por el espacio, interceptan nubes de partículas altamente energéticas muy cerca del agujero negro, una estructura también conocida como «corona».
Al rebotar en estas partículas energéticas, los rayos ultravioleta aumentan su energía y generan una intensa luz de rayos X que nuestros detectores también pueden detectar.
La relación cambiante entre las emisiones
Debido a su historia compartida, las emisiones de rayos X y ultravioleta de los cuásares están estrechamente relacionadas: una luz ultravioleta más brillante suele significar una mayor intensidad de rayos X. Esta correlación, descubierta hace casi 50 años, proporciona información fundamental sobre la geometría y las condiciones físicas del material cercano a los agujeros negros supermasivos y ha sido objeto de intensa investigación durante décadas.
La última investigación aporta un nuevo giro a estudios previos al cuestionar la universalidad de la correlación, una suposición fundamental que implica que la estructura de la materia alrededor de los agujeros negros es similar en todo el universo.
Muestra que cuando el universo era más joven (aproximadamente la mitad de su edad actual), la correlación entre los rayos X y la luz ultravioleta de los cuásares era significativamente diferente a la observada en el universo cercano. El descubrimiento sugiere que los procesos físicos que vinculan el disco de acreción y la corona alrededor de los agujeros negros supermasivos podrían haber cambiado a lo largo de los últimos 6.500 millones de años de historia cósmica.
«Confirmar una relación no universal entre rayos X y ultravioleta con el tiempo cósmico es bastante sorprendente y desafía nuestra comprensión del crecimiento y la radiación de los agujeros negros supermasivos», afirmó el Dr. Antonis Georgakakis, uno de los autores del estudio.
«Probamos el resultado utilizando diferentes enfoques, pero parece ser persistente».
Implicaciones para las mediciones cósmicas
El estudio combina nuevas observaciones de rayos X del telescopio de rayos X eROSITA y datos de archivo del observatorio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea para explorar la relación entre la intensidad de la luz ultravioleta y los rayos X de una muestra de cuásares sin precedentes. La amplia y uniforme cobertura de rayos X del nuevo eROSITA resultó decisiva, permitiendo al equipo estudiar las poblaciones de cuásares a una escala nunca antes posible.
La universalidad de la relación UV a rayos X sustenta ciertos métodos que utilizan los cuásares como «candelas estándar» para medir la geometría del universo y, en última instancia, investigar la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura. Este nuevo resultado resalta la necesidad de ser cautelosos, demostrando que la suposición de una estructura inmutable de los agujeros negros a lo largo del tiempo cósmico debe reexaminarse rigurosamente.
Investigación futura y preguntas sin respuesta
«El avance clave aquí es metodológico», afirmó la investigadora postdoctoral Maria Chira, del Observatorio Nacional de Atenas, autora principal del artículo. «El estudio eROSITA es vasto, pero relativamente superficial: muchos cuásares se detectan con tan solo unos pocos fotones de rayos X. Al combinar estos datos en un sólido marco estadístico bayesiano, podríamos descubrir tendencias sutiles que, de otro modo, permanecerían ocultas».
El conjunto completo de escaneos de todo el cielo de eROSITA pronto permitirá a los astrónomos sondear cuásares aún más débiles y distantes. Los análisis futuros que utilicen estos datos, junto con estudios de rayos X y multilongitud de onda de próxima generación, ayudarán a revelar si la evolución observada refleja un cambio físico genuino o simplemente efectos de selección.
Estos estudios aportarán nuevos conocimientos sobre cómo los agujeros negros supermasivos alimentan a los objetos más luminosos del universo y cómo ha evolucionado su comportamiento a lo largo del tiempo cósmico.
Con información de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
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