Más de 20 radiotelescopios situados en todo el mundo han participado en un innovador estudio en el que el agujero negro supermasivo de la galaxia M87, al emitir un chorro desde su interior, se tambalea.
Los agujeros negros supermasivos, objetos astronómicos hasta miles de millones de veces más pesados que el Sol y que se tragan todo lo que les rodea, incluida la luz, son difíciles de estudiar porque ninguna información escapa de su interior.
En teoría, hay muy pocas propiedades que los expertos puedan siquiera esperar medir. Una propiedad que posiblemente podría observarse es el giro, pero debido a las dificultades involucradas no ha habido observaciones directas del giro de un agujero negro.
En busca de evidencia del giro, un equipo internacional analizó más de dos décadas de datos de observación de la galaxia M87. Esta galaxia, situada a 55 millones de años luz en dirección a la constelación de Virgo, alberga un agujero negro 6.500 millones de veces más masivo que el Sol.
Es el mismo agujero negro que proporcionó la primera imagen de su sombra obtenida por el EHT (Event Horizon Telescope), en 2019. Astrónomos y astrofísicos saben que el agujero negro supermasivo en M87 tiene un disco de acreción; esto es, una estructura circular aplanada, compuesta por gas y polvo, que se forma alrededor de un centro de atracción gravitacional que alimenta de materia al agujero negro, y un chorro, en el que la materia se expulsa desde cerca del agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz.
La dirección del chorro cambia 10 grados con un período de precesión de 11 años
Este equipo, como explican en el estudio observacional que aparece en Nature, analizó datos de 170 períodos de tiempo recopilados por la Red VLBI de Asia Oriental (EAVN), el Very Long Baseline Array (VLBA), la matriz conjunta de KVN y VERA (KaVA) y la Red Casi Global de Asia Oriental a Italia (Eating), Red VLBI.
Los resultados demuestran que las interacciones gravitacionales entre el disco de acreción y el giro del agujero negro hacen que la base del chorro se tambalee, de manera muy similar a como las interacciones gravitacionales dentro del Sistema Solar hacen que la Tierra haga lo mismo.
El equipo vinculó con éxito la dinámica del chorro con el agujero negro supermasivo central, proporcionando evidencia directa de que el agujero negro, de hecho, gira. La dirección del chorro cambia unos 10 grados con un período de precesión de 11 años, coincidiendo con las simulaciones teóricas de superordenador realizadas por ATERUI II en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ).
«Estamos encantados con este importante hallazgo», afirma Yuzhu Cui, autor principal que resume la investigación que comenzó como estudiante de posgrado en NAOJ, antes de trasladarse al laboratorio de Zhejiang como investigador postdoctoral.
«Dado que la desalineación entre el agujero negro y el disco es relativamente pequeña y el período de precesión es de alrededor de 11 años, han sido esenciales la acumulación de datos de alta resolución que rastrean la estructura de M87 durante dos décadas y un análisis exhaustivo”, argumenta Yuzhu Cui.
«Después del éxito de las imágenes del agujero negro en esta galaxia con el EHT, si este agujero negro está girando o no ha sido una preocupación central entre los científicos. Ahora la anticipación se ha convertido en certeza. Este monstruoso agujero negro de hecho está girando”, reconoce Kazuhiro Hada de NAOJ.
Nada escapa del agujero negro
Para el profesor Motoki Kino, de la Universidad de Kogakuin y coordinador del VLBI de Asia Oriental, “nuestros datos de observación, bellamente ajustados a la curva sinusoidal simple, nos brindan nuevos avances en nuestra comprensión del agujero negro y el sistema de chorro«.
Un agujero negro es -según la NASA- un objeto astronómico con una fuerza gravitatoria tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de él. La superficie de un agujero negro, conocida como horizonte de sucesos, define el límite donde la velocidad requerida para evadirlo excede la velocidad de la luz, que es el límite de velocidad en el cosmos. La materia y la radiación son atrapadas y no pueden salir.
Un agujero negro se forma cuando un objeto alcanza cierta densidad crítica y su gravedad hace que se colapse hasta volverse un punto casi infinitamente pequeño.
La energía producida por las reacciones nucleares en el interior de las estrellas evita que colapsen por su propio peso. Cuando estas reacciones cesan en una estrella masiva, nada puede evitar la formación de un agujero negro de masa estelar.
Las capas exteriores de la estrella pueden salir despedidas al espacio o caer al agujero negro, para hacerlo más pesado. Los astrónomos no están seguros de cómo se forman los agujeros negros supermasivos. Pueden formarse a partir del colapso de grandes nubes de gas, o de la unión de muchos agujeros negros pequeños, o de una combinación de eventos.
Agujero negro supermasivo
A estos hay que destacar que, hasta ahora, los astrónomos han descubierto varias docenas de probables agujeros negros supermasivos en los núcleos de galaxias bastante cercanas, además de muchos otros en objetos distantes conocidos como cuásares.
Han descubierto quizás una docena o dos de probables agujeros negros de masa estelar en nuestra galaxia, la Vía Láctea (y otro en una galaxia satélite), además de unos cuantos de masa intermedia en la Vía Láctea y otras galaxias.
Puede haber agujeros negros supermasivos en los núcleos de todas las galaxias con bultos centrales de estrellas y, en la Vía Láctea, puede haber miles de agujeros negros de masa estelar y miles más en cada una de los miles de millones de otras galaxias.
Finalmente, su tamaño se toma como el de mínima distancia al mismo desde la que se puede escapar. Esta distancia se denomina horizonte de sucesos y depende de la masa del agujero.
Una masa típica sería de alrededor de 10 veces la masa del Sol; esto es, 1.031 kilogramos, que significa un 1 con 31 ceros detrás: 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.
Los astrónomos creen que muchas galaxias albergan agujeros negros extremadamente masivos en sus centros, con un peso de alrededor de un millón de veces la masa del Sol, o 1.036 kilogramos, según el Instituto de Física de Cantabria.
