Misteriosas estructuras de radio son descubiertas alrededor del cuásar más brillante jamás encontrado

Astrónomos han descubierto dos grandes y misteriosos objetos saliendo del agujero negro más brillante del universo conocido.

Interpretación artística de una galaxia gigante con un chorro de alta energía. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).

Detectado en un estudio de 1959 de fuentes de ondas de radio cósmicas, el agujero negro supermasivo 3C 273 es un cuásar (abreviatura de ‘objeto cuasi-estelar’), porque la luz emitida por estos gigantes es lo suficientemente brillante como para confundirse con la luz de una estrella.

Si bien los agujeros negros en sí mismos no emiten luz, los más grandes están rodeados por gigantescos remolinos de gas llamados discos de acreción; a medida que el gas cae en el agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz, la fricción calienta el disco y hace que brille con radiación, que generalmente se detecta como ondas de radio.

Quasar 3C 273 es el primer cuásar jamás identificado. También es el más brillante, brillando más de 4 billones de veces más que el Sol de la Tierra mientras se encuentra a una distancia de más de 2.400 millones de años luz.

Durante décadas, los científicos han estudiado extensamente el núcleo ardiente del agujero negro; empero, debido a que el cuásar es tan brillante, revelar algo sobre la galaxia que lo alberga ha sido casi imposible. Ese notable brillo, irónicamente, ha dejado a los científicos en gran parte en la oscuridad acerca de cómo los cuásares impactan en sus galaxias anfitrionas.

Crédito: Komugi et al., NASA/ESA Hubble Space Telescope

Ahora, un nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal finalmente puede cambiar eso. En él, un equipo de investigadores calibró el radiotelescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile para separar el brillo radiante del cuásar 3C 273 de la luz emitida por su galaxia anfitriona.

Se quedaron solo con las ondas de radio emitidas por la galaxia del cuásar, revelando dos estructuras de radio masivas y misteriosas nunca antes vistas.

Una estructura parece ser una enorme mancha de luz de radio que envuelve toda la galaxia y luego se extiende por decenas de miles de años luz hacia el suroeste. Esta niebla de radio se superpone con la segunda estructura: un gigantesco chorro de energía, conocido como chorro astrofísico, que también se extiende por decenas de miles de años luz.

Los científicos no están exactamente seguros de cómo o por qué se forman los chorros astrofísicos. Sin embargo, sí saben que los chorros se ven comúnmente alrededor de los cuásares y otros agujeros negros supermasivos, y probablemente surgen de las interacciones entre un agujero negro y su polvoriento disco de acreción. Los chorros suelen estar hechos de materia ionizada (cargada eléctricamente) y viajan casi a la velocidad de la luz.

Crédito: Shinya Komugi et al.

La radiación liberada por estos chorros puede parecer más brillante o más tenue dependiendo de la frecuencia de radio en la que se vean. No obstante, la gran estructura de radio que rodea a la galaxia 3C 273 mostró un brillo uniforme —independientemente de su frecuencia—. Según los investigadores, esto sugiere que las dos estructuras de radio son creadas por fenómenos separados y no relacionados.

Después de probar varias teorías, el equipo concluyó que la gran niebla de radio alrededor de la galaxia proviene del gas de hidrógeno que se forma en estrellas y que está siendo ionizado directamente por el propio cuásar. Esta es, según los autores del estudio, la primera vez que se ve gas ionizado extendiéndose decenas de miles de años luz alrededor de un agujero negro supermasivo.

Misterio resuelto

Este descubrimiento toca un misterio de larga data dentro de la astronomía: ¿Puede un cuásar ionizar tanto gas en su galaxia anfitriona que impida la formación de nuevas estrellas? Para responder a esta pregunta, los investigadores compararon la masa de gas estimada de la galaxia con otras galaxias del mismo tipo y tamaño.

Descubrieron que, si bien el cuásar había ionizado una cantidad de gas verdaderamente alucinante, dejándolo inútil para construir nuevas estrellas, la formación de estrellas no estaba siendo suprimida visiblemente en la galaxia en general. Esto sugiere que las galaxias prósperas y en crecimiento todavía pueden existir con cuásares que escupen radiación en sus centros.

«Este hallazgo proporciona una nueva vía para estudiar problemas abordados previamente mediante observaciones con luz óptica», dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Shinya Komugi, profesor asociado de la Universidad Kogakuin en Tokio. «Al aplicar la misma técnica a otros cuásares, esperamos comprender cómo evoluciona una galaxia a través de su interacción con el núcleo central».

Fuente: ALMA/Live Science. Edición: MP.