Un agujero negro supermasivo escondido en un anillo de polvo cósmico

Un equipo internacional de astrónomos ha observado por primera vez una nube de polvo cósmico en el centro de la galaxia Messier 77 que esconde un agujero negro supermasivo. Los hallazgos, realizados mediante el Interferómetro del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLTI de ESO), han confirmado predicciones hechas hace unos 30 años y están dando a la comunidad astronómica una nueva visión de los "núcleos galácticos activos", uno de los objetos más brillantes y enigmáticos del universo.

Los núcleos activos de galaxia (AGN por sus siglas en inglés) son fuentes extremadamente energéticas alimentadas por agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de algunas galaxias. Estos agujeros negros se alimentan de grandes volúmenes de polvo y gas cósmico. Antes de ser devorado, este material gira en espiral hacia el agujero negro y, durante el proceso, se liberan enormes cantidades de energía, eclipsando a menudo a todas las estrellas de la galaxia.

La comunidad astronómica ha sentido curiosidad por los AGN desde que vieron por primera vez estos objetos brillantes en la década de 1950. Ahora, gracias al VLTI de ESO, un equipo de investigadores, liderado por Violeta Gámez Rosas, de la Universidad de Leiden (Países Bajos), ha dado un paso clave para comprender de cerca cómo funcionan y desvelarnos cuál es su aspecto. Los resultados se publican este miércoles en la revista Nature.

Una teoría confirmada

Mientras llevaban a cabo observaciones extraordinariamente detalladas del centro de la galaxia Messier 77, también conocida como NGC 1068, Gámez Rosas y su equipo detectaron un grueso anillo de polvo cósmico y gas que ocultaba un agujero negro supermasivo. Este descubrimiento proporciona evidencia vital para apoyar una teoría de hace 30 años conocida como el Modelo Unificado de AGN.

La comunidad astronómica sabe que hay diferentes tipos de AGN. Por ejemplo, algunos lanzan ráfagas de ondas de radio, mientras que otros no; ciertos AGN brillan intensamente en luz visible, mientras que otros, como Messier 77, son más tenues. El Modelo Unificado afirma que, a pesar de sus diferencias, todos los AGN tienen la misma estructura básica: un agujero negro supermasivo rodeado por un grueso anillo de polvo.

Según este modelo, cualquier diferencia en la apariencia entre los AGN resulta de la orientación en la que vemos el agujero negro y su grueso anillo desde la Tierra. El tipo de AGN que vemos depende de cuánto oscurece el anillo al agujero negro desde nuestro punto de vista, ocultándolo completamente en algunos casos.

Persistían dudas sobre si este polvo podría ocultar completamente un agujero negro y explicar por qué brilla con menos intensidad  

La comunidad astronómica ya había hallado antes evidencias para apoyar el Modelo Unificado, incluyendo la detección de polvo caliente en el centro de Messier 77. Sin embargo, persistían dudas sobre si este polvo podría ocultar completamente un agujero negro y, por lo tanto, explicar por qué este AGN brilla con menos intensidad que otros en luz visible.

Tres décadas de preguntas

"La verdadera naturaleza de las nubes de polvo y su papel tanto en la alimentación del agujero negro como en la determinación de cuál es su aspecto cuando se ve desde la Tierra han sido preguntas centrales en los estudios de AGN de las últimas tres décadas", explica Gámez Rosas."Aunque ningún resultado único resolverá todas las preguntas que tenemos, hemos dado un paso importante en la comprensión de cómo funcionan los AGN".

Las observaciones fueron posibles gracias al instrumento MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment, experimento espectroscópico multi apertura en el infrarrojo medio), instalado en el VLTI de ESO, ubicado en el desierto de Atacama (Chile).  

Combinando los cambios en la temperatura del polvo (de alrededor de la temperatura ambiente a aproximadamente 1200 ° C) causados por la intensa radiación del agujero negro con los mapas de absorción, el equipo construyó una imagen detallada del polvo e identificó dónde debe estar el agujero negro. El polvo (en un anillo interior grueso y un disco más extendido), con el agujero negro colocado en el centro, apoya el Modelo Unificado.  

"Nuestros resultados deberían llevarnos a una mejor comprensión del funcionamiento interno de los AGN", concluye Gámez Rosas. "También podrían ayudarnos a comprender mejor la historia de la Vía Láctea, que alberga un agujero negro supermasivo en su centro que puede haber estado activo en el pasado".

Referencia: Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068 (Nature) doi: 10.1038/s41586-021-04311-7 | Fuente: ESO