Los astrónomos han descubierto un quásar distante, o núcleo activo de una galaxia, impulsado por un agujero negro supermasivo que se alimenta y que genera vientos a velocidades récord del 30% de la velocidad de la luz, alrededor de 201 millones de millas (323 millones de kilómetros) por hora. Este es el viento de agujero negro más rápido observado específicamente en longitudes de onda ultravioleta.
El quásar impulsado por un agujero negro, conocido como J2318, tiene una increíble masa de 1.700 millones de veces la del Sol y se encuentra a unos 3.000 millones de años luz de distancia. Si bien se trata de una masa bastante típica de un agujero negro supermasivo, la velocidad de estos vientos es todo menos típica, según Patrick Hall, miembro del equipo e investigador de la Universidad de York.
“En términos de su velocidad, el viento de este quásar podría considerarse un huracán de categoría 79”, dijo en un comunicado el líder del equipo e investigador de la Universidad de York, Lucas Seaton. “Cada categoría de huracán es aproximadamente un 20% más rápida que la categoría inferior. Llamarlo categoría 79 da una idea de cuán rápido es, pero, por supuesto, este viento no se parece a nada en la Tierra”.
Se cree que todas las galaxias grandes albergan en su corazón un agujero negro supermasivo con masas de millones, o incluso miles de millones de veces la del Sol, pero no todos estos titanes cósmicos alimentan quásares ni emiten vientos tan increíblemente poderosos. Los cuásares se producen cuando estos agujeros negros supermasivos centrales están rodeados por grandes cantidades de gas y polvo llamados discos de acreción. Estos discos alimentan gradualmente a los agujeros negros.
Vientos de agujeros negros versus vientos terrestres
Como se puede imaginar, masas de millones o miles de millones de veces la del Sol generan fuerzas gravitacionales increíbles, y esto significa que los discos de acreción pueden tener poderosas fuerzas de marea propias que crean fricción y hacen que brillen intensamente en todo el espectro electromagnético. Esta radiación también aleja la materia de los discos de acreción en forma de intensos “vientos” de agujeros negros.
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“En los quásares, a menudo vemos vientos de gas expulsados del agujero negro por la luz del quásar”, dijo Seaton. “El viento en J2318 se puede ver en longitudes de onda ultravioleta a velocidades de hasta el 30% de la velocidad de la luz. Se pueden ver vientos aún más rápidos en longitudes de onda de rayos X, pero J2318 es el más rápido jamás descubierto en longitudes de onda ultravioleta”.
El hecho de que los vientos de los agujeros negros sean impulsados por la radiación, empujados por partículas de luz llamadas fotones que rebotan en los átomos (y no causados por la presión del aire) es lo que hace que estos vendavales cósmicos sean tan diferentes de los vientos atmosféricos de la Tierra.
“Los cuásares emiten tantos fotones que esos pequeños empujones se suman a velocidades extremas”, dijo Seaton. “El problema es que los fotones también pueden eliminar todos los electrones de los átomos, haciéndolos invisibles. Cómo empujar el gas a las velocidades que vemos manteniendo intactos los iones de carbono y silicio que vemos… ¡es todo un rompecabezas!”
Para abordar este rompecabezas, el equipo recurrió a observaciones de datos realizadas por el Estudio Espectroscópico en el Dominio del Tiempo SDSS-IV y el Mapeador de Agujeros Negros SDSS-V como parte del Estudio Sloan Digital Sky (SDSS) más amplio.
“Así como un arco iris difunde la luz del sol en diferentes longitudes de onda y colores, el SDSS difunde la luz de ciertas estrellas, galaxias y cuásares en lo que llamamos sus espectros”, dijo Seaton. “A partir de esos espectros, con la práctica, los estudiantes aprenden a detectar cuásares inusuales”.
Qué leer a continuación
Estos espectros detallados de J2318 revelaron los vientos de alta velocidad de este cuásar en luz ultravioleta. El estudio de vientos de agujeros negros como este es importante para comprender cómo evolucionan las galaxias. Esto se debe a que estos vientos son la forma en que los agujeros negros supermasivos intercambian energía con sus hogares galácticos. En particular, esta energía podría expulsar el gas y el polvo que sirven como materia prima para la formación de estrellas, frenando así el nacimiento de estrellas en las galaxias.
“Estas salidas extremas transportan cantidades increíbles de energía que pueden afectar a las galaxias que las rodean. Sirven como una especie de eslabón perdido: la elusiva retroalimentación entre la región central activa de una galaxia y el resto de la galaxia”, dijo en el comunicado Paola Rodríguez Hidalgo, profesora asociada de la Universidad de Washington en Bothell. “Si bien este proceso se ha incluido en simulaciones de formación de galaxias durante décadas, es necesario trabajar mucho más para comprenderlo a partir de observaciones y garantizar que las simulaciones lo manejen correctamente”.
El equipo y otros astrónomos continuarán buscando vientos de agujeros negros de alta velocidad en la radiación ultravioleta, pero no están seguros de poder encontrar alguno tan rápido como el de J2318. “No será fácil encontrar una salida ultravioleta más rápida que la de J2318, pero continuamos esta búsqueda desde el universo cercano hasta los confines más distantes del universo que podemos ver”, concluyó Flores.
La investigación del equipo fue publicada el jueves (4 de junio) en The Astrophysical Journal.