ALMA revela proceso de reciclaje de gas cerca de un agujero negro supermasivo        

Por: ALMA.

02 de noviembre de 2023.

Ilustración que representa la distribución del medio interestelar en el núcleo galáctico activo de acuerdo con los resultados de observación. Crédito de la imagen: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Izumi et al.

        Un equipo científico internacional hizo un importante hallazgo tras observar con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) el núcleo galáctico activo de la galaxia Circinus. El estudio, realizado a una resolución sin precedentes de cerca de 1 año luz, fue dirigida por Takuma Izumi, profesor asistente del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), y permitió revelar una intrincada danza de flujos de gas alrededor del agujero negro supermasivo de la galaxia, en la que intervienen fases de plasma, atómicas y moleculares.

        Además, el equipo logró observar en detalle el flujo de acreción que alimenta el agujero negro, impulsado por un mecanismo conocido como inestabilidad gravitacional, y descubrió, para su sorpresa, que no todo ese gas contribuye al crecimiento del agujero negro. En efecto, una parte significativa es expulsada en chorros moleculares o atómicos para luego regresar y ser nuevamente atraída hacia el agujero negro, en un ciclo continuo similar al de una fuente de agua. Este increíble hallazgo traza un nuevo camino hacia una comprensión exhaustiva de las dinámicas de crecimiento de los agujeros negros supermasivos.

        El gas que se acumula muy cerca de un agujero negro supermasivo alcanza grandes velocidades al ser atraído por la gravedad del astro. La intensa fricción entre las partículas de gas hace que el gas se caliente hasta alcanzar varios millones de grados y emita una luz brillante. Este fenómeno se conoce como núcleo galáctico activo, y su brillo puede llegar a superar el de todas las estrellas de la galaxia juntas. Lo curioso es que parte del gas que fluye hacia el agujero negro (el flujo de acreción) pareciera ser expulsado en un intenso chorro por efecto de la enorme energía generada por este núcleo galáctico activo.

        Tanto los estudios teóricos como las observaciones realizadas a la fecha han proporcionado información detallada sobre los mecanismos de acreción de gas en el centro desde escalas galácticas de 100.000 años luz hasta escalas de unos cientos de años luz. Sin embargo, el fenómeno de acreción de gas en regiones mucho más reducidas, a algunas docenas de años luz del centro de una galaxia, era desconocido hasta ahora debido a la escala espacial tan pequeña que abarca.

Para poder entender el crecimiento de los agujeros negros en términos cuantitativos, cabe medir la tasa de acreción y determinar la cantidad y los tipos de gas (plasma, gas atómico y gas molecular) que se expulsan en esos chorros a escalas tan pequeñas, de este modo, se trata de la primera medición cuantitativa del mundo de los flujos de gas y sus estructuras en las inmediaciones, hasta la escala de unos pocos años luz, de un agujero negro supermasivo en todas las fases gaseosas, incluida la plasma, la atómica y la molecular. Las observaciones y su posterior investigación, han sido publicados como parte del artículo “Alimentación y retroalimentación de agujeros negros supermasivos observados en escalas subparsec”, en la revista Science.

El estudio contribuyó, asimismo, a mejorar considerablemente los conocimientos cuantitativos de los flujos de gas alrededor de los núcleos galácticos activos. La tasa de acreción del gas que fluye hacia el agujero negro puede calcularse a partir de la densidad del gas observado y la velocidad del flujo de acreción. Para sorpresa del equipo científico, dicha tasa resultó ser 30 veces superior a lo necesario para sostener la actividad en el núcleo galáctico activo. En otras palabras, la mayor parte del flujo de acreción a escala de 1 año luz alrededor del centro galáctico no contribuye al crecimiento del agujero negro.

De ahí la pregunta: ¿adónde se fue todo el gas excedente? El estudio también permitió dilucidar este misterio mediante observaciones de alta sensibilidad de los gases en todas sus fases en los chorros del núcleo galáctico activo detectados por ALMA. Los análisis cuantitativos revelaron que la mayor parte del gas que fluye hacia el agujero negro es eyectada en chorros atómicos o moleculares. No obstante, al no ser lo suficientemente veloces, estos chorros no logran escapar a la fuerza gravitacional del agujero negro y terminan regresando al disco de gas. Allí, vuelven a formar un flujo de acreción hacia el agujero negro, en un fascinante fenómeno de reciclaje de gas en el centro galáctico similar al ciclo de una fuente de agua.

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