En los \u00faltimos a\u00f1os, los telescopios terrestres y espaciales confirmaron la existencia de los agujeros negros, objetos dotados de una atracci\u00f3n gravitacional tan intensa que ninguna materia escapa a ellos, y ni siquiera la luz. Los mecanismos por los cuales absorben todo lo que pasa cerca se volvieron menos misteriosos con un trabajo concluido en abril en el Instituto de F\u00edsica de la Universidad Federal de R\u00edo Grande do Sul (UFRGS).<\/p>\n
“Estamos viendo c\u00f3mo un agujero negro ubicado en el centro de una galaxia devora la materia que est\u00e1 su alrededor”, celebra la coordinadora del estudio, Thaisa Storchi-Bergmann, al terminar el art\u00edculo en el que relata los resultados. El equipo de Thaisa reconstituy\u00f3 lo sucesos que se producen en el centro de NGC 1097, una galaxia espiral situada a 60 millones de a\u00f1os luz de la Tierra (un a\u00f1o luz equivale a unos de 9,5 billones de kil\u00f3metros). Y confirm\u00f3: existe all\u00ed un agujero negro supermasivo – de masa equivalente a un mill\u00f3n de soles, como m\u00ednimo -, formado probablemente por el colapso de nubes de gas o por aglomerados de millones de estrellas.<\/p>\n
Con el foco en los efectos Por lo que todo indica, el disco de gas surgi\u00f3 cuando una estrella lleg\u00f3 muy cerca del agujero negro y fue capturada por \u00e9ste. Luego la estrella se desintegr\u00f3 por acci\u00f3n de la fuerza de marea del agujero negro: esta fuerza act\u00faa con una intensidad diferente en distintas partes distintas de un cuerpo. El Sol, por ejemplo, atrae m\u00e1s al lado m\u00e1s pr\u00f3ximo de la Tierra que al m\u00e1s distante, por eso el planeta se alarga en direcci\u00f3n al astro. Una vez desintegrada la estrella, qued\u00f3 la nube de gas, que form\u00f3 un disco alrededor del agujero negro.<\/p>\n Centro caliente Nac\u00eda as\u00ed la hip\u00f3tesis que seria confirmada durante los diez a\u00f1os siguientes. Thaisa demostr\u00f3 que se produce un calentamiento de las regiones centrales del disco, que comienzan a emitir radiaci\u00f3n de alta energ\u00eda – como rayos X -, en un proceso que dura por lo menos algunos siglos. La parte interna del disco es m\u00e1s c\u00e1lida que las perif\u00e9ricas, a causa de la fricci\u00f3n entre las part\u00edculas at\u00f3micas: la temperatura interna puede llegar a millones de grados Celsius (\u00baC), mientras que la periferia, de donde salen las emisiones de luz en la l\u00ednea H-alfa, es de cerca de 10.000\u00baC.<\/p>\n El interior del disco se expande debido a la alta temperatura y crea una estructura toroide (en forma de anillo o rosca) alrededor del horizonte de eventos – superficie imaginaria que define la frontera m\u00e1s all\u00e1 de la cual ni siquiera la luz escapa. Esa estructura emite fotones que, al golpear en la partes externas del disco, excitan al hidr\u00f3geno y producen la emisi\u00f3n del tipo H-alfa, seguida desde 1991. “El futuro de la materia del disco es espiralar hasta transponer el horizonte de eventos y caer en el agujero negro”, revela Thaisa.<\/p>\n La materia del disco – formada b\u00e1sicamente por protones y electrones en la parte interna, y \u00e1tomos de hidr\u00f3geno en la externa -, se divide al llegar a ese l\u00edmite: una mitad es engullida por el agujero negro y la otra es expelida desde la parte interna en forma de chorros, cuya emisi\u00f3n es observada en ondas de radio. De esta manera, el disco se deshace lentamente hasta desaparecer, en un momento estimado en dentro de mil a\u00f1os, como m\u00ednimo. “Es la primera vez que presenciamos la captura de materia en una regi\u00f3n central de una galaxia de manera tan clara”, dice Thaisa.<\/p>\n Pero \u00e9ste no es el final de la historia. A medida en que el agujero negro se alimenta m\u00e1s y m\u00e1s de materia, se amplia el horizonte de eventos – cuyo radio mide actualmente unos 3 millones de kil\u00f3metros, o dos cent\u00e9simas partes de la distancia existente entre la Tierra y el Sol. En ese espacio existe una masa equivalente a un mill\u00f3n de soles, que Thaisa hab\u00eda calculado en 1997. Capturando estrellas individuales, el agujero negro podr\u00eda incluso duplicar su tama\u00f1o, pero muy lentamente – solamente en mil millones de a\u00f1os.<\/p>\n Esa arqueolog\u00eda c\u00f3smica – descrita por Thaisa en un art\u00edculo recientemente presentado al\u00a0Astrophysical Journal<\/em>, publicaci\u00f3n en la cual la investigadora ya ha publicado trabajos en 1993, 1995 y 1997 – constituye un avance con relaci\u00f3n a lo que se descubri\u00f3 en 1998 en la galaxia M87, situada a una distancia equivalente con respecto a nuestro planeta. Ese a\u00f1o, el telescopio espacial Hubble, que gira alrededor de la Tierra a 600 kil\u00f3metros de distancia en busca de novedades en los confines del Universo, registr\u00f3 im\u00e1genes de un disco de gas girando en torno al n\u00facleo de la M87.<\/p>\n Pese a que la velocidad a la que el disco de la M87 se mov\u00eda fuera alta, era solamente un d\u00e9cimo de las registradas en la NGC 1097. Y la distancia desde el disco hasta el centro de la galaxia era de un mill\u00f3n de veces el radio del disco de acreci\u00f3n. Por lo tanto, el disco de gas de la M87 no era el disco de acreci\u00f3n, sino una estructura mucho m\u00e1s externa. Como el radio de ese disco es muy grande – cerca de 500 billones de kil\u00f3metros, un mill\u00f3n de veces mayor que el de la NGC 1097 -, Thaisa descarta la presencia de un agujero negro central. Pero entonces, \u00bfqu\u00e9 ser\u00eda ese disco? Un aglomerado estelar masivo, por ejemplo.<\/p>\n \u00c9sa es precisamente la definici\u00f3n del proceso de emisi\u00f3n de luz del disco de la NGC 1097, aparentemente mucho m\u00e1s interesante cient\u00edficamente que el verificado en la M87, y la raz\u00f3n de la felicidad del equipo. Thaisa trabaj\u00f3 con Michael Eracleous, de la Universidad de Pensilvania, Estados Unidos, en la recolecci\u00f3n de datos provenientes de tres fuentes: el telescopio de 4 metros del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo; el Eso New Technology Telescope (NTT) de 3,6 metros, ambos situados en Chile; y el telescopio de 8 metros del Observatorio Keck II, en Hawai. En el an\u00e1lisis de los resultados, La investigadora cont\u00f3 con el maestrando Fausto Kuhn Berenguer Barbosa y con el becario de iniciaci\u00f3n cient\u00edfica Rodrigo Nemmen da Silva.<\/p>\n Juntos, convirtieron la longitud de onda de la luz (o la radiaci\u00f3n) en velocidad del gas y construyeron un gr\u00e1fico que mostr\u00f3 una l\u00ednea de dos picos – uno para la velocidad m\u00e1xima de aproximaci\u00f3n de la luz con relaci\u00f3n a la Tierra y el otro para la m\u00e1xima de alejamiento. T\u00e9cnicamente, es el perfil de pico doble de la l\u00ednea de emisi\u00f3n H-alfa, tambi\u00e9n denominado firma cinem\u00e1tica del disco – una prueba fehaciente de la existencia del disco de acreci\u00f3n y de las transformaciones por las que \u00e9ste pasa. “Se cree que puede existir un disco de acreci\u00f3n tambi\u00e9n en la M87, aunque todav\u00eda sin una firma cinem\u00e1tica”, comenta la investigadora. “El Hubble registr\u00f3 otros perfiles en H-alfa semejantes, pero ninguno con una estructura de doble pico tan clara como en la NGC 1097.”<\/p>\n Linterna El proceso es similar a aquello que ocurre con la luz emitida por una linterna a pilas que ilumina una \u00e1rea en derredor y se debilita con el tiempo. Cuando las pilas est\u00e1n con su carga completa, la luz es m\u00e1s intensa e ilumina un \u00e1rea relativamente grande en torno a la linterna. A medida en que la carga se debilita, la luz pierde alcance e ilumina regiones m\u00e1s pr\u00f3ximas.<\/p>\n En 1991, la luz emitida por las partes m\u00e1s externas del disco ten\u00eda una velocidad de 3 mil km\/s – solamente una cent\u00e9sima parte de la velocidad de la luz, pero que le permitir\u00eda a una part\u00edcula ir desde Porto Alegre hasta Salvador en apenas un segundo. A comienzos de este a\u00f1o, como la fuente de fotones fue debilit\u00e1ndose y lleg\u00f3 a menores distancias en el disco, fue posible registrar la luz que llegaba desde las partes m\u00e1s internas, a una velocidad de 6 mil km\/s. Se estima que en el borde interno del disco emisor de H-alfa la velocidad de las part\u00edculas llega a 15 mil km\/s, mientras que a la orilla del agujero negro las part\u00edculas girar\u00edan a 300 mil km\/s, la velocidad de la luz.<\/p>\n “El hecho de que hayamos registrado velocidades tan altas es una se\u00f1al indicativa de la presencia de una estructura supermasiva en el centro de la galaxia”, dice la investigadora. La velocidades m\u00e1ximas registradas para los discos de gas en rotaci\u00f3n en el centro de galaxias sin agujeros negros son de apenas entre 250 y 300 km\/s. Velocidades de rotaci\u00f3n del orden de las detectadas, de millares de kil\u00f3metros por segundo, seg\u00fan la investigadora, solamente pueden ser producidas por la interacci\u00f3n con millones o miles de millones de masas solares concentradas en un lugar muy peque\u00f1o – es decir, en un agujero negro supermasivo.<\/p>\n Un refuerzo para esa conclusi\u00f3n es la conversi\u00f3n de materia en energ\u00eda mediante la absorci\u00f3n de un agujero negro, que tiene una eficiencia mucho mayor que las reacciones nucleares en las estrellas: un 10% de la masa devorada es convertida en energ\u00eda, al paso que en las reacciones nucleares el l\u00edmite es del 0,7%. “Esta conversi\u00f3n puede explicar la gran emisi\u00f3n de energ\u00eda de los n\u00facleos de galaxias activas, como NGC 1097 y M87”, afirma Thaisa.<\/p>\n Con un mill\u00f3n de masas solares, el agujero negro de la NGC 1097 impresiona, pero no es de los mayores que ya se hayan encontrado. Al final de marzo, los f\u00edsicos que trabajan con el telescopio de rayos X Chandra informaron el descubrimiento de una estructura mucho m\u00e1s masiva: un agujero negro con cerca de 10 mil millones de masas solares en el centro de los qu\u00e1sares – galaxias en formaci\u00f3n – m\u00e1s distantes que ya se hayan encontrado, a 13 mil millones de a\u00f1os luz de la Tierra.<\/p>\n V\u00eda L\u00e1ctea Incluso en el centro de la V\u00eda L\u00e1ctea, a 30 mil a\u00f1os luz de la Tierra, se supone que existe una estructura supermasiva – del orden de los 3 millones de masas solares. Por ahora, su existencia solo puede ser deducida a partir del movimiento de estrellas pr\u00f3ximas al n\u00facleo o de emisiones intensas de rayos X, como la registrada recientemente por el Chandra: la descarga de radiaci\u00f3n vari\u00f3 en cuesti\u00f3n de horas; algo rar\u00edsimo, que probablemente fue el resultado de la absorci\u00f3n de materia gaseosa o estelar por parte de un agujero negro.<\/p>\n A\u00fan no existen indicios de que en el centro de nuestra galaxia exista un disco de acreci\u00f3n que testifique el poder de un agujero negro, aunque a costa de su propia existencia. “Quiz\u00e1s no exista all\u00ed materia suficiente que est\u00e9 siendo engullida por el agujero negro para formar un disco”, conjetura Thaisa. Pero este cuadro puede cambiar. Si una estrella fuera capturada, podr\u00eda suceder algo parecido a lo que se observa actualmente en una galaxia tan distante como la NGC 1097.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Investigadora de la UFRGS muestra c\u00f3mo es devorada la materia por un agujero negro ubicado en el centro de una galaxia","protected":false},"author":17,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[5968],"class_list":["post-74603","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/74603","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/17"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=74603"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/74603\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=74603"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=74603"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=74603"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=74603"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
\n<\/strong>Debido que un agujero negro no puede ser detectado directamente, sino solamente a trav\u00e9s de sus efectos sobre los objetos pr\u00f3ximos, el grupo ga\u00facho centr\u00f3 su foco en la luz emitida por el disco de acreci\u00f3n – una nube achatada con la forma de un espeso anillo, hecha de plasma (una mezcla de protones y electrones) e hidr\u00f3geno, que gira alrededor del poderoso aspirador de materia. Con base en las informaciones recogidas, el equipo tuvo una clara visi\u00f3n de los procesos de nacimiento, evoluci\u00f3n y muerte del disco de gas, que ocupa un \u00e1rea equivalente al doble de la \u00f3rbita de la Tierra en torno al Sol, con un di\u00e1metro pr\u00f3ximo a los 300 millones de kil\u00f3metros. C\u00e1lculos preliminares indican que, cada segundo, el agujero negro traga cerca de 100 trillones de toneladas de gas del disco – o dos Tierras por d\u00eda.<\/p>\n
\n<\/strong>Se estima que este fen\u00f3meno se produce en una galaxia cada 10 mil a\u00f1os. “Tuve suerte con la NGC 1097”, reconoce Thaisa, que en 1991, cuando comenz\u00f3 a investigar la emisi\u00f3n de luz del n\u00facleo de esta galaxia, encontr\u00f3 el cuadro t\u00edpico de una captura de estrella relativamente reciente. La investigadora observ\u00f3 la emisi\u00f3n de la regi\u00f3n externa del disco formado a partir de la estrella capturada en la l\u00ednea H-alfa – la l\u00ednea de emisi\u00f3n de energ\u00eda m\u00e1s intensa del \u00e1tomo de hidr\u00f3geno – y constat\u00f3 que el gas giraba a 10 mil kil\u00f3metros por segundo (km\/s). Entonces concluy\u00f3: esa velocidad del gas solo podr\u00eda darse en un disco en torno a un agujero negro que tuviera una masa de un mill\u00f3n de soles.<\/p>\n
\n<\/strong>Thaisa logra ver la emisi\u00f3n de H-alfa que llega desde la parte m\u00e1s externa y fr\u00eda del disco. “Posiblemente, no todas las galaxias tengan esta parte m\u00e1s externa, como podr\u00eda ser el caso de la M87”, observa Thaisa. Con el pasar de los a\u00f1os, Thaisa percibi\u00f3 que la emisi\u00f3n migr\u00f3 hacia regiones que giran a velocidades cada vez mayores – como el disco presenta un movimiento kepleriano (como los planetas), las regiones m\u00e1s internas y cercanas al agujero negro central se mueven a una velocidad mayor que las de los bordes. El desplazamiento del foco de emisi\u00f3n de luz se produce porque la parte interna pierde energ\u00eda y se enfr\u00eda, de manera tal que la radiaci\u00f3n ya no es tan intensa y llega a distancias cada vez menores.<\/p>\n
\n<\/strong>Este a\u00f1o, el equipo de la UFRGS pretende obtener datos sobre la emisi\u00f3n de rayos X y ultravioleta de la NGC 1097 por medio de observaciones con el Chandra y el Hubble, y echar luz sobre qu\u00e9 ocurre en el centro de las centenas de galaxias ya identificadas. “Se cree que los agujeros negros pueden haberse formado junto con las propias galaxias, puesto que la masa estimada para los agujeros negros a partir de las observaciones del Hubble es proporcional a la de la regi\u00f3n esf\u00e9rica central de las galaxias en las que \u00e9stos se encuentran”, dice Thaisa. Trabajos realizados con el Hubble indican la presencia de agujeros negros en la mayor\u00eda de las galaxias el\u00edpticas y espiral.<\/p>\n