Observación de agujero negro supermasivo podría cambiar nuestra comprensión de las galaxias

Los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de muchas galaxias podrían parecerse más a hotcakes que a donas; hotcakes humeantes cuyos agujeros negros en su centro queman sus bordes internos.

Así es como el astrónomo de la Universidad de la Côte d'Azur, Romain Petrov, describió los hallazgos de sus colegas en un nuevo artículo publicado el miércoles en Nature. Es un descubrimiento que confirma y amplía una teoría sostenida por mucho tiempo sobre los núcleos galácticos activos, los centros extremadamente brillantes de algunas galaxias que se cree que están impulsados por agujeros negros supermasivos y que podrían tener implicaciones en cómo entendemos nuestra propia existencia.

“La coevolución entre el agujero negro y la galaxia anfitriona (¿qué fue primero, el agujero negro o la galaxia?) tiene un fuerte impacto en la evolución de la galaxia, incluyendo la formación de estrellas en esa galaxia”, apuntó el doctor Petrov. “Un eslabón en la cadena de eventos que lleva a la existencia de personas que pueden discutir estos temas”.

El doctor Petrov y sus colegas utilizaron el instrumento experimento espectroscópico multiapertura en el infrarrojo medio (MATISSE) y el Very Large Telescope en Chile para realizar nuevas observaciones de la galaxia Messier 77, una galaxia espiral barrada a unos 47 millones de años luz de la Tierra.

Messier 77 es una de las galaxias con un núcleo galáctico activo más fáciles de observar y fue la base de lo que se conoce como el Modelo Unificado de Núcleos Galácticos Activos, que sostiene que las diferencias en el comportamiento observado entre diferentes núcleos son una función de nuestro ángulo de visión al observarlos y de qué tan oculto está el agujero negro central por un anillo de polvo y gas. Este anillo se forma a medida que la materia gira hacia adentro para alimentar el agujero negro central, el material gira, se comprime y libera la increíble cantidad de energía que hace que los núcleos galácticos activos estén “activos”.

Messier 77 es el Núcleo Galáctico Activo canónico, su anillo oculta el agujero negro central de la vista directa, explicó el doctor Petrov, “lo que lo convierte en la piedra angular del Modelo Unificado de Núcleos Galácticos Activos, que explica una gran clase de fenómenos antes misteriosos con un solo mecanismo”.

Pero en 2019, un equipo que utilizó el instrumento GRAVITY a través del Very Large Telescope publicó resultados que, según el doctor Petrov, cuestionaron la geometría aceptada de Messier 77 y, por lo tanto, el modelo unificado.

GRAVITY, como MATISSE, es un instrumento infrarrojo, y el equipo de GRAVITY concluyó que podían ver el borde interior caliente de la “dona”, el anillo que debería ocultar el agujero negro al centro de Messier 77.

“Si ves el borde interior de la dona, entonces no puede ocultar la estructura central que está en medio de esa ‘dona’”, apuntó el doctor Petrov. “Entonces, el modelo unificado no describe correctamente el objetivo que se utilizó para proponer el modelo unificado”.

Pero GRAVITY es un instrumento de infrarrojo cercano, sensible a la banda K, luz infrarroja de longitudes de onda entre 2 y 2,4 micrones. MATISSE puede ver en las bandas L, M y N, destacó el doctor Petrov, longitudes de onda entre 3 y 14 micrones, que son más sensibles al tipo de diferencias de temperatura en cuestión en las observaciones de Messier 77. Las nuevas observaciones realizadas por el doctor Petrov y sus colegas refutan las predicciones de la colaboración GRAVITY sobre lo que debería verse con MATISSE, describió, para así preservar el Modelo Unificado de Núcleos Galácticos Activos.

“De nuevo favorece el modelo unificado, con una actualización: el anillo de polvo oculta la estructura central en [Messier 77], pero parece más un hotcake con un agujero central”, dijo el doctor Petrov. “Y vemos flujos de material por encima de ese ‘hotcake’. La fuente caliente central quema los bordes del agujero en el hotcake y vemos el humo”, que en realidad es polvo expulsado del borde interior del anillo por la intensa radiación del agujero negro.

El modelo unificado que fue recientemente reforzado ahora se puede aplicar al estudio de otros núcleos galácticos activos, aseguró el doctor Petrov, y ayudará a los astrónomos en su intento de desentrañar cómo los agujeros negros y las galaxias evolucionan juntos, y lo que eso puede decirnos sobre la formación de estrellas, planetas y el desarrollo de la vida misma.

Mientras tanto, el doctor Petrov tiene más preguntas específicas sobre Messier 77, como ¿en qué consiste exactamente el polvo en el centro de este Núcleo Galáctico Activo?

“¿Qué es exactamente el proceso de viento polvoriento, el ‘humo’ sobre el agujero central del ‘hotcake’?”, se pregunta. “Esto puede obtenerse a partir de una resolución espectral más alta con MATISSE (imágenes en bandas espectrales mucho más estrechas) y estamos trabajando en mejorar MATISSE para permitir eso. Actualmente estoy en el Observatorio Paranal [en Chile] precisamente para eso”.