XMM-Newton de la ESA: los agujeros negros esculpen galaxias

XMM-Newton de la ESA: los agujeros negros esculpen galaxias

El observatorio espacial de rayos X de la ESA XMM-Newton ha detectado un viento ultrarrápido en Markarian 817, una galaxia bastante común, que no se encuentra en un estado particularmente activo. Esto sugiere que los agujeros negros pueden esculpir sus galaxias anfitrionas mucho más de lo que hasta ahora se creía.

Los agujeros negros se comportan como niños caprichosos: siempre están desparramando la comida. Pero el XMM-Newton de la ESA ha sorprendido a un agujero negro enrabietado ‘volcando la mesa’ durante una comida que, por lo demás, transcurría de manera civilizada.

Este comportamiento impide que la galaxia que rodea al agujero negro forme nuevas estrellas y proporciona una visión de cómo los agujeros negros y las galaxias evolucionan conjuntamente.

La ventosa dinámica del disco de acreción

En el núcleo de cada galaxia de gran tamaño se encuentra un agujero negro supermasivo cuya inmensa gravedad atrae gas de su entorno. A medida que el gas cae en espiral hacia adentro, se acumula en un disco de acreción alrededor del agujero negro, donde se calienta e ilumina. Con el tiempo, el gas más próximo al agujero negro cruza el punto de no retorno y termina devorado por este.

Representación artística de la galaxia Markarian 817, expulsando vientos ultrarrápidos en todas direcciones desde el disco de acreción del agujero negro en su núcleo.
Representación artística de la galaxia Markarian 817, expulsando vientos ultrarrápidos en todas direcciones desde el disco de acreción del agujero negro en su núcleo.

Sin embargo, los agujeros negros solo consumen una fracción del gas que cae en espiral hacia ellos. Efectivamente, los agujeros negros terminan expulsando de nuevo al espacio parte de la materia que les rodea, de manera similar a cómo un niño descuidado desparrama gran parte de la comida de su plato.

En episodios aún más espectaculares, un agujero negro puede llegar a volcar toda la mesa durante la comida. El gas en el disco de acreción sale expulsado en todas direcciones a velocidades tan altas que elimina el gas interestelar circundante.

Esto no solo priva al agujero negro de su alimento, sino que también impide la formación de nuevas estrellas en una amplia región, alterando así la estructura de la galaxia. Y esto justamente es lo que sucede en Markarian 817.

Markarian 817

Se trata de una galaxia con un núcleo activo (AGN) a 430 millones de años luz de distancia en la constelación septentrional de Draco. La galaxia muestra regiones intensas de formación estelar y bandas oscuras de polvo interestelar a lo largo de sus brazos espirales.

Los agujeros negros esculpen galaxias: Markarian 817.
Los agujeros negros esculpen galaxias: Markarian 817.

El monstruoso agujero negro del núcleo de esta galaxia es cuarenta millones de veces más masivo que el Sol. Está rodeado por un inmenso disco de materia (disco de acreción) que expulsa materia al espacio a millones de kilómetros por hora.

Este fenómeno se observa en la intensa luz blanca que emana del centro galáctico.

¿Un viento ultrarrápido en una galaxia común?

Hasta ahora, este ‘viento de agujero negro’ ultrarrápido solo se había detectado en discos de acreción extremadamente brillantes, que están en el límite de la cantidad de materia que pueden atraer.

Pero esta vez, el XMM-Newton ha detectado un viento ultrarrápido en una galaxia bastante común, que podríamos decir que solo estaba «tomando un aperitivo».

Comportamiento dinámico de la corona de un agujero negro.
Comportamiento dinámico de la corona de un agujero negro.

“Podríamos esperar una fuerte corriente de aire si encendiéramos un ventilador a su máxima potencia. En Markarian 817, el ventilador estaba puesto a baja potencia, pero aun así se estaban generando vientos increíblemente fuertes”, señala Miranda Zak, estudiante de pregrado (Universidad de Michigan), quien desempeñó un papel central en esta investigación.

Es muy inusual observar vientos ultrarrápidos, y aún menos frecuente es detectar vientos que tengan la suficiente energía para alterar la forma de su galaxia anfitriona».

«El hecho de que Markarian 817 produjera estos vientos durante alrededor de un año, sin estar en un estado particularmente activo, sugiere que los agujeros negros pueden remodelar sus galaxias anfitrionas mucho más de lo que se pensaba anteriormente”, agrega el coautor Elias Kammoun, astrónomo de la Universidad Roma Tre en Italia.

El viento bloquea la emisión de Rayos X

Los núcleos galácticos activos (AGN) emiten luz de alta energía, incluidos los rayos X. Markarian 817 captó la atención los investigadores porque quedó completamente en silencio electromagnético.

Observando la galaxia con el observatorio Swift de la NASA, Miranda recuerda: “La señal de rayos X era tan tenue que estaba convencida de que estaba haciendo algo mal”.

Observaciones posteriores realizadas con el XMM-Newton de la ESA, un telescopio más sensible, revelaron lo que realmente estaba sucediendo. Los vientos ultrarrápidos provenientes del disco de acreción actuaban como un velo, bloqueando los rayos X emitidos desde las inmediaciones del agujero negro (corona).

Estas mediciones fueron respaldadas por observaciones realizadas con el telescopio NuSTAR de la NASA.

Un análisis detallado de las mediciones de rayos X mostró que, lejos de emitir una única ‘bocanada’ de gas, el núcleo de Markarian 817 produjo un vendaval sobre una amplia área del disco de acreción. El viento duró varios cientos de días y constó de al menos tres componentes distintos, cada uno desplazándose a un porcentaje relevante de la velocidad de la luz.

Los «vientos de agujero negro» resuelven el enigma

Esto resuelve un enigma de cómo los agujeros negros y las galaxias que los rodean se influyen mutuamente. Hay muchas galaxias, incluida la Vía Láctea, que parecen tener grandes regiones alrededor de sus centros en las que se forman muy pocas estrellas nuevas.

Una posible explicación serían los «vientos de agujero negro», que eliminan el gas necesario para iniciar la formación estelar. Pero esto solo funciona si los vientos son lo suficientemente rápidos, se mantienen durante suficiente tiempo y los agujeros negros que los generan tienen niveles típicos de actividad.

«Muchos problemas pendientes en el estudio de los agujeros negros podrían resolverse mediante observaciones prolongadas que se extiendan durante muchas horas para poder captar eventos importantes».

«Esto destaca la importancia primordial del observatorio XMM-Newton de rayos X para el futuro. Ninguna otra misión puede ofrecer la combinación de alta sensibilidad y capacidad para realizar observaciones largas e ininterrumpidas», señala Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA.

El XMM-Newton

La «X-ray Multi-Mirror Mission» (XMM-Newton) de la Agencia Espacial Europea (ESA) fue lanzada por un Ariane 504 el 10 de diciembre de 1999. XMM-Newton es la segunda piedra angular del Programa Científico Horizon 2000 de la ESA.

El objetivo principal de la misión XMM-Newton es observar objetos celestes en el espectro de rayos X.
El objetivo principal de la misión XMM-Newton es observar objetos celestes en el espectro de rayos X.

El objetivo principal de la misión XMM-Newton es observar objetos celestes en el espectro de rayos X. Proporciona así datos cruciales sobre fenómenos astrofísicos extremadamente calientes, como agujeros negros, estrellas de neutrones, cúmulos de galaxias y otras fuentes de rayos X.

Transporta tres telescopios de rayos X de alta capacidad, con un área efectiva sin precedentes y un monitor óptico. Se trata del primer monitor óptico instalado en un observatorio de rayos X.

La amplia área de recolección y la capacidad de realizar exposiciones largas e ininterrumpidas proporcionan observaciones altamente sensibles.

Dado que la atmósfera terrestre bloquea todos los rayos X, solo un telescopio en el espacio puede detectar y estudiar fuentes celestiales de rayos X.

La misión XMM-Newton está ayudando a los científicos a resolver varios misterios cósmicos, desde los enigmáticos agujeros negros hasta los orígenes del Universo mismo.

Fuente: ESA – XMM-Newton spots a black hole throwing a tantrum

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