Observan anillo frío y nebuloso alrededor de agujero negro supermasivo de la Vía Láctea

5 junio, 2019

Artículo Científico

Nuevas observaciones realizadas por ALMA revelaron un disco frío de gas interestelar, que nunca se había observado antes, alrededor del agujero negro supermasivo al centro de la Vía Láctea. Este disco nebuloso permite a los astrónomos entender mejor el fenómeno de la acreción, a saber, el desplazamiento de material hacia la superficie de un agujero negro. Estos resultados se publicaron en la revista Nature.

Tras décadas de estudio, los astrónomos han logrado entender mejor el caótico y abarrotado entorno del agujero negro supermasivo que habita el centro de la Vía Láctea. Nuestro centro galáctico se encuentra a aproximadamente 26 mil años luz de la Tierra, y el agujero negro que allí se encuentra, conocido como Sagitario A*, tiene una masa equivalente a 4 millones de veces más grande que el Sol. Ahora sabemos que esa región rebosa de estrellas errantes, nubes de polvo interestelar y gases relativamente fríos, pero increíblemente calientes. Estos gases se creen orbitan alrededor del agujero negro describiendo un gran disco de acreción que se extiende hasta varios décimos de año luz desde el horizonte de eventos del agujero negro.

Sin embargo, hasta ahora los astrónomos solo han podido obtener imágenes de la parte más tenue y caliente del gas en acreción, que forman un flujo semiesférico que no parece rotar. Su temperatura se estima alcanza unos abrasadores 10 millones de grados Celsius, o cerca de dos tercios de la temperatura que hay en el centro de nuestro Sol. A tamaña temperatura, el gas emite una intensa luz de rayos X, que es captada por los telescopios espaciales de rayos X, a una escala de aproximadamente un décimo de año luz desde el agujero negro.

Además de este gas caliente y brillante, en observaciones realizadas anteriormente con telescopios que operan en longitudes de onda milimétricas ya se habían detectado grandes cantidades de gas de hidrógeno más frío (cerca de 10.000 grados Celsius) a unos pocos años luz del agujero negro: a un centésimo de año luz de distancia, o unas 630 veces la distancia que separa la Tierra del Sol.

A pesar de que el agujero negro de nuestro centro galáctico está relativamente tranquilo, la radiación a su alrededor es lo suficientemente fuerte para que los átomos de hidrógeno estén constantemente perdiendo y recombinando sus electrones. Y este fenómeno emite una señal característica en longitudes de onda milimétricas que logra llegar a la Tierra con pocas pérdidas en el camino. Gracias a su gran sensibilidad y capacidad para realizar observaciones con un gran nivel de detalle, ALMA pudo detectar esta débil señal de radio y generar la primera imagen del disco de gas más frío que rodea el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea. Estas observaciones permitieron a los astrónomos mapear la región y rastrear el movimiento del gas. Los investigadores estiman que la cantidad de hidrógeno en este frío disco es alrededor de un décimo de la masa de Júpiter, o un diezmilésimo del Sol.

Al mapear las variaciones en las longitudes de onda de esta luz de radio provocadas por el efecto Doppler (la luz emitida por objetos que viajan en dirección de la Tierra se ve levemente desplazada hacia el espectro azul, mientras que la luz de los astros que se alejan de nosotros se desplaza hacia el espectro rojo), los astrónomos pudieron determinar fehacientemente que el gas estaba en órbita alrededor del agujero negro. Esta información ayudará a entender mejor la manera en que los agujeros negros devoran materia y las complejas interacciones entre los agujeros negros y su entorno galáctico.

“Fuimos los primeros en obtener imágenes de este escurridizo disco y estudiar su rotación”, afirma Elena Murchikova, del departamento de Astrofísica del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, en Nueva Jersey, y autora principal del artículo. “También estamos estudiando la acreción en dirección del agujero negro. Es importante, porque este es el agujero negro supermasivo más cercano a nosotros, y a pesar de eso no entendemos bien cómo funciona este fenómeno de acreción. Esperamos que con estas nuevas observaciones de ALMA lograremos desentrañar algunos secretos del agujero negro”.

El centro de nuestra galaxia está a unos 26.000 años luz de la Tierra, y el agujero negro supermasivo que lo habita, conocido como Sagitario A* (“Sagitario A estrella”), tiene 4 millones de veces la masa de nuestro Sol. Los investigadores calculan que la cantidad de hidrógeno presente en este frío disco tiene cerca de un décimo de la masa de Júpiter, o una diezmilésima parte de la masa del Sol.

Tras analizar la velocidad de rotación del gas frío, estimada en unos 2.200 kilómetros por segundo, los astrónomos concluyeron que el disco o bien está casi de frente, o está hecho de pequeñas aglomeraciones que se mueven de forma aleatoria en órbitas diferentes, sin que haya tanta rotación sistemática.

Información Adicional

Referencia: E.M. Murchikova, et al., “A cool accretion disk around the Galactic Center black hole,” Nature, 06 Junio 2019.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Imágenes

Imagen de ALMA del frío disco de gas de hidrógeno alrededor del agujero negro supermasivo al centro de nuestra galaxia. Los colores representas el movimiento del gas en relación a la Tierra: el gas en rojo se está alejando, provocando que las ondas detectadas por ALMA se corran hacia el rojo; mientras que el gas en azul se está acercando a la Tierra, provocando un corrimiento hacia el azul. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E.M. Murchikova; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Imagen de ALMA del frío disco de gas de hidrógeno alrededor del agujero negro supermasivo al centro de nuestra galaxia. Los colores representas el movimiento del gas en relación a la Tierra: el gas en rojo se está alejando, provocando que las ondas detectadas por ALMA se corran hacia el rojo; mientras que el gas en azul se está acercando a la Tierra, provocando un corrimiento hacia el azul. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E.M. Murchikova; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

 

Representación artística del anillo de gas interestelar frío alrededor del agujero negro supermasivo que habita el centro de la Vía Láctea. Las nuevas observaciones de ALMA revelaron esta estructura por primera vez. Créditos: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Representación artística del anillo de gas interestelar frío alrededor del agujero negro supermasivo que habita el centro de la Vía Láctea. Las nuevas observaciones de ALMA revelaron esta estructura por primera vez. Créditos: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello