CIENCIA-ABC

El doble eructo de un agujero negro

Situado en una galaxia a 800 millones de años luz, los astrónomos han observado cómo remata un par de banquetes

Los agujeros negros supermasivos, millones o miles de millones de veces más pesados que el Sol, permanecen latentes en los corazones de las galaxias durante un largo tiempo hasta que llega su próxima comida. Y cuando la devoran no tienen precisamente buenos modales.

Un equipo de astrónomos ha detectado con el Telescopio Espacial Hubble y otros observatorios en la Tierra un parpadeante agujero negro en el centro de la galaxia J1354, ubicada a unos 800 millones de años luz de distancia. Y han descubierto que este pozo cósmico se ha dado un buen banquete que ha rematado con un par de potentísimos eructos, según explican en la revista «The Astrophysical Journal».

El telescopio Chandra detectó una fuente de emisión de rayos X brillante y puntual en la galaxia, un signo revelador de la presencia de un agujero negro supermasivo. Los rayos X son producidos por gas calentado a millones de grados por las enormes fuerzas gravitacionales y magnéticas cerca del agujero negro. Parte de este gas cae en el pozo cósmico, mientras que una porción es expulsada en una salida potente de partículas de alta energía.

Al comparar las imágenes de rayos X de Chandra y las imágenes de luz visible (óptica) del Hubble, el equipo determinó la situación del agujero negro, como era de esperar en el centro de la galaxia, y halló evidencias de que está incrustado en un pesado velo de polvo y gas.

Los resultados indican que, en el pasado, el agujero negro supermasivo en J1354 consumió grandes cantidades de gas, mientras explotaba un flujo de partículas de alta energía. El flujo de salida finalmente se apagó y luego se volvió a encender unos 100.000 años más tarde. Esta es una fuerte evidencia de que la acreción de los agujeros negros puede apagar y encender su producción de energía en escalas de tiempo que son cortas en comparación con la edad del Universo, de 13.800 millones de años.

«Hemos visto a este objeto darse un banquete, eructar y echarse la siesta, y luego darse otro banquete y eructar una vez más, lo que la teoría había predicho», explica Julie Comerford, de la Universidad de Colorado en Boulder (EE.UU.), quien dirigió el estudio. «Afortunadamente, sucedió que observamos esta galaxia en un momento en que podíamos ver claramente la evidencia de ambos eventos».

También el nuestro

Pero, ¿por qué el agujero negro tuvo dos comidas separadas? La respuesta se encuentra en una galaxia compañera que está vinculada a J1354 por las corrientes de estrellas y el gas producido por una colisión entre ambas. El equipo concluyó que grupos de material de la galaxia compañera se arremolinaron hacia el centro de J1354 y luego fueron devorados por el agujero negro supermasivo.

El equipo usó datos ópticos para mostrar que los electrones habían sido extraídos de los átomos en un cono de gas que se extiende unos 30.000 años luz al sur del centro de la galaxia. Es probable que esta extracción haya sido causada por una ráfaga de radiación proveniente de las proximidades del agujero negro, lo que indica que se había producido un banquete. Hacia el norte encontraron evidencias de una onda de choque, similar a un estampido sónico, ubicada a unos 3.000 años luz. Esto sugiere que se produjo un eructo después de que un grupo diferente de gas se consumiera aproximadamente 100.000 años más tarde.

El agujero negro supermasivo de nuestra Vía Láctea ha tenido al menos un eructo, ocurrido en 2010. Los astrónomos vieron salidas de gas llamadas «burbujas de Fermi» que brillan en la porción de rayos gamma, rayos X y ondas de radio del espectro electromagnético. Ahora duerme la siesta tras el atracón, al igual que el agujero negro de J1354 en el pasado, así que es posible que vuelva a atacar la despensa.

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Los científicos no entienden por qué existe el agujero negro más antiguo del Universo

Tiene una masa 800 millones de veces la del Sol y ya existía cuando el universo tenía solo el 5 por ciento de su edad actual.

Un grupo de astrónomos han descubierto el agujero negro supermasivo más distante observado. Reside en un cuásar luminoso y su luz llega desde cuando el universo tenía solo el 5 por ciento de su edad actual. Los cuásares son objetos tremendamente brillantes compuestos por enormes agujeros negros que acrecen la materia en el centro de las galaxias masivas. Este agujero negro recién descubierto tiene una masa 800 millones de veces la masa del Sol.

“Reunir toda esta masa en menos de 690 millones de años (desde el Big Bang) es un desafío enorme para las teorías del crecimiento súper masivo del agujero negro”, explica Eduardo Bañados, de la Carnegie Institution, que lideró la investigación, realizada con el telescopio Magallanes y que se publica en Nature.

Para explicar cómo agujeros negros tan grandes surgieron tan pronto después del Big Bang, los astrónomos han especulado que el universo primitivo podría haber tenido condiciones que permitieran la creación de agujeros negros muy grandes con masas que alcanzaban 100.000 veces la masa del Sol. Esto es muy diferente de los agujeros negros que se forman en el universo actual, que rara vez superan algunas docenas de masas solares.

Bram Venemans, del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania, añadió: “Los cuásares se encuentran entre los objetos celestes más brillantes y distantes conocidos y son cruciales para comprender el universo primitivo”. El cuásar de Bañados es especialmente interesante porque es del tiempo conocido como la época de reionización, cuando el universo emergió de su edad oscura.

El Big Bang comenzó el universo como una sopa caliente y turbia de partículas extremadamente energéticas que se expandía rápidamente. A medida que se expandió, se enfrió. Alrededor de 400.000 años más tarde (muy rápidamente en una escala cósmica), estas partículas se enfriaron y se fusionaron en gas hidrógeno neutro.

    Cuando se liberaron los fotones el Universo se hizo transparente, se hizo la luz

El universo permaneció oscuro, sin ninguna fuente luminosa, hasta que la gravedad condensó la materia en las primeras estrellas y galaxias. La energía liberada por estas galaxias antiguas causó que el hidrógeno neutral esparcido por todo el universo se excitara e ionizara, o perdiera un electrón, un estado en el que el gas se ha mantenido desde ese momento. Una vez que el universo se reionizó, los fotones podían viajar libremente por el espacio, por lo que el universo se volvió transparente a la luz.

El análisis del cuásar recién descubierto muestra que una gran fracción del hidrógeno en su entorno inmediato es neutral, lo que indica que los astrónomos han identificado una fuente en la época de reionización, antes de que suficientes de las primeras estrellas y galaxias se hubieran activado completamente para ionizar el universo. “Fue la última gran transición del universo y una de las fronteras actuales de la astrofísica”, señala Bañados.

La distancia del cuásar está determinada por lo que se denomina su desplazamiento al rojo, que es una medida de cuánto se estira la longitud de onda de su luz mediante la expansión del universo antes de llegar a la Tierra. Cuanto mayor es el desplazamiento al rojo, mayor es la distancia, y los astrónomos posteriores están mirando a tiempo cuando observan el objeto. Este cuásar recién descubierto tiene un corrimiento al rojo de 7.54, basado en la detección de emisiones de carbono ionizado de la galaxia que aloja el agujero negro masivo.

Detalles del cuásar 3C 273 observado con el Telescopio Espacial Hubble. La imagen de la izquierda muestra claramente lo brillante y compacto que es el objeto, lo que hizo que pareciese una estrella. Para conseguir la imagen de la izquierda se utilizó un instrumento (un coronógrafo) que bloqueaba la luz del cuásar, dejando ver su galaxia anfitriona. En ambas tomas se aprecia el chorro de gas a alta velocidad proveniente del agujero negro súper-masivo central. Una de las componentes de la emisión en radio de 3C 273 coincide perfectamente con este chorro de gas. | Crédito de la imagen: HST / NASA / ESA / STScI.

“Esta gran distancia hace que estos objetos sean extremadamente débiles cuando se ven desde la Tierra. Los cuásares tempranos también son muy raros en el cielo. Solo se sabía que existía un cuásar con un corrimiento al rojo mayor a siete antes de ahora, a pesar de una extensa búsqueda”, afirma Xiaohui Fan, del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona.

Se prevé que entre 20 y 100 cuásares tan brillantes y tan distantes como el cuásar descubierto por Bañados y su equipo existan en todo el cielo, por lo que este es un descubrimiento importante que proporcionará información fundamental del universo joven, cuando solo era 5 por ciento su edad actual.

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El agujero negro más antiguo del universo

Un grupo de astrónomos descubre un cuásar de cuando el universo solo tenía 690 millones de años

 

Acercarse al significado de las dimensiones del Universo produce vértigo. Hace alrededor de 10.000 años, los humanos comenzaron a domesticar seres vivos poniendo las bases de la civilización. Hay que retroceder 200 o 300.000 años para encontrar los primeros representantes de nuestra especie, la primera capaz de asomarse a los misterios del cosmos. Miles de generaciones humanas, 200 imperios como el de Roma, y aún no habríamos empezado a arañar la superficie de la historia universal. La Tierra se formó hace 4.500 millones de años y podría ser dos veces más vieja sin estar aún cerca de la gran inflación que dio origen a todo. Mucho más allá, a solo 690 millones de años del Big Bang, poco más que un instante en términos cósmicos, es donde se ha encontrado el cuásar más antiguo que se conoce.

Los cuásares son los objetos más brillantes del universo y son el fruto de una verdadera carnicería estelar. Se trata de agujeros negros supermasivos que ocupan el interior de grandes galaxias. Desde allí, con su inmenso tirón gravitatorio, atraen hacia ellos sistemas planetarios completos y escupen después materia acelerada a velocidades cercanas a la de la luz.

Uno de esos chorros hiperluminosos es el que descubrió un equipo liderado por el astrónomo chileno Eduardo Bañados desde el observatorio de Las Campanas, en el norte de Chile. “Este cuásar es tan luminoso que en tan solo 10 minutos de observación lo pudimos confirmar como el más lejano jamás observado”, explica el científico. El cuásar, que envía su luz desde una época en que el universo tenía solo un 5% de su edad actual, alberga en su interior un agujero negro con 800 veces la masa del Sol. Esa galaxia antiquísima ofrece información sobre lo que sucedió cuando empezaron a formarse las primeras estrellas y sobre eso escriben en Nature hoy Bañados y sus colegas.

 

 

Justo después del Big Bang, el universo era una sopa caliente de partículas muy energéticas que se expandían a velocidades inimaginables. Cuando las partículas se separaron unas de otras, el cosmos comenzó a enfriarse y 400.000 años de separación después, las partículas primigenias pudieron combinarse en un gas de hidrógeno neutro. El universo era entonces oscuro y permaneció falto de fuentes luminosas hasta que la gravedad comenzó a condensar la materia en las primeras estrellas y galaxias. La energía liberada por estas galaxias antiguas hizo que el hidrógeno neutro se ionizara. Con la reionización del universo, los fotones pudieron viajar libremente por el espacio, y así el cosmos se hizo transparente a la luz.

El nuevo cuásar envía información sobre aquella era en la que todo comenzó a ser visible. El análisis que se publica ahora en Nature muestra que una gran parte del hidrógeno de los alrededores inmediatos de aquella galaxia antiquísima es neutro, algo que indica que aquella fuente existió en la era de la reionización, antes de que las primeras estrellas y galaxias se hubiesen formado y tuviesen la capacidad para cambiar completamente el equilibrio electrónico del universo.

Lo más espectacular de los cuásares no es su lejanía, sino que puedan ser visibles. Un cuásar deber ser tan brillante como 1.000 galaxias juntas.

“Fue la última gran transición del universo y una de las fronteras actuales de la astrofísica”, dice Bañados. El investigador chileno lleva tiempo trabajando en investigar aquel tiempo de cambio, desde la edad oscura al universo visible al que estamos acostumbrados, y los cuásares, esas intensas fuentes de luz que viajan desde el universo temprano, son su herramienta.

En 2016, Bañados también anunció el descubrimiento de 63 nuevos cuásares con edades casi tan antiguas como el que presenta hoy. “La formación y la evolución de las primeras fuentes de luz y estructuras del universo es uno de los grandes misterios de la astronomía”, decía entonces. “Cuásares muy brillantes como los 63 descubiertos en este estudio son las mejores herramientas para ayudarnos a indagar en el universo temprano, pero hasta ahora, los resultados concluyentes se han limitado a una muestra muy pequeña de cuásares antiguos”, añadía.

“Este cuásar, por ser tan brillante, se está convirtiendo en una mina de oro para estudios del universo primitivo y ya hemos asegurado más observaciones de este objeto con gran parte de los observatorios más poderosos en la Tierra y en el espacio, desde rayos X a ondas de radio”, concluye Bañados sobre su último hallazgo.

Reportaje de prensa en el País

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Científicos detectan una cuarta onda gravitacional

Por primera vez, el hallazgo no ha sido realizado solo por el detector estadounidense, LIGO, sino también por el europeo, Virgo. Esto consolida la tecnología y permite mejorar 10 veces la precisión de la detección

Ondas gravitacionales detectadas. Son distorsiones del espacio-tiempo generadas en la fusión de agujeros negros (en la imagen) y que viajan hasta la Tierra – Max Planck Institute for Gravitational Physics

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