XMM-Newton detecta un agujero negro haciendo un berrinche

Los agujeros negros son como niños pequeños temperamentales. Se derrama comida todo el tiempo, pero el XMM-Newton de la ESA ha atrapado un agujero negro en el acto de "voltear la mesa" durante una comida por lo demás civilizada.

Esta impresión artística muestra vientos ultrarrápidos que soplan desde el centro de la galaxia Markarian 817. Estos vientos, que se mueven a muchos millones de kilómetros por hora, limpian el gas interestelar de una vasta región del espacio. Sin este gas, la galaxia no puede formar nuevas estrellas y al agujero negro en el centro galáctico le queda poco para comer. El agujero negro supermasivo del centro galáctico aspira gas de su entorno, lo que forma un “disco de acreción” caliente y brillantemente iluminado (naranja). La causa de los vientos (blanco) son los campos magnéticos dentro del disco, que lanzan partículas en todas direcciones a velocidades increíblemente altas. Estos vientos bloquean los rayos X (azul) que son enviados por el plasma extremadamente caliente que rodea el agujero negro, llamado corona. Los investigadores captaron a Markarian 817 generando vientos ultrarrápidos utilizando el telescopio de rayos X XMM-Newton de la ESA. Los vientos, que durarán alrededor de un año, habrán afectado significativamente la formación de estrellas en la galaxia. El hecho de que el agujero negro en el centro de la galaxia mostrara niveles de actividad bastante promedio antes de producir los vientos sugiere que los vientos ultrarrápidos de los agujeros negros son mucho más comunes de lo que se pensaba anteriormente. En otras palabras, los agujeros negros y sus galaxias anfitrionas afectan fuertemente la evolución de cada uno. ESA (agradecimiento: trabajo realizado por ATG bajo contrato con la ESA), CC BY-SA 3.0 IGO

Este acto evita que la galaxia que rodea al agujero negro forme nuevas estrellas, lo que nos da una idea de cómo los agujeros negros y las galaxias coevolucionan.

En el corazón de toda gran galaxia se encuentra un agujero negro supermasivo, cuya inmensa gravedad atrae gas de su entorno. A medida que el gas gira en espiral hacia adentro, se acumula en un "disco de acreción" plano alrededor del agujero negro, donde se calienta y se ilumina. Con el tiempo, el gas más cercano al agujero negro pasa el punto de no retorno y es devorado.

Sin embargo, los agujeros negros sólo consumen una fracción del gas que gira hacia ellos. Mientras rodea un agujero negro, parte de la materia es arrojada de vuelta al espacio, de forma muy parecida a cómo un niño pequeño desordenado derrama gran parte de lo que hay en su plato.

En episodios más dramáticos, un agujero negro volteará toda la mesa: el gas del disco de acreción sale disparado en todas direcciones a velocidades tan altas que elimina el gas interestelar circundante. Esto no sólo priva al agujero negro de alimento, sino que también significa que no se pueden formar nuevas estrellas en una vasta región, lo que cambia la estructura de la galaxia.

Hasta ahora, este "viento de agujero negro" ultrarrápido sólo se había detectado procedente de discos de acreción extremadamente brillantes, que están en el límite de la cantidad de materia que pueden absorber. Esta vez, XMM-Newton detectó un viento ultrarrápido en un galaxia claramente promedio que se podría decir que era "sólo un refrigerio".

“Se podrían esperar vientos muy rápidos si un ventilador estuviera encendido en su posición más alta. En la galaxia que estudiamos, llamada Markarian 817, el ventilador estaba encendido a una potencia más baja, pero todavía se generaban vientos increíblemente energéticos”, señala la investigadora universitaria Miranda Zak (Universidad de Michigan), que desempeñó un papel central en este estudio. investigación.

“Es muy poco común observar vientos ultrarrápidos, y aún menos común detectar vientos que tienen suficiente energía para alterar el carácter de su galaxia anfitriona. El hecho de que Markarian 817 produjera estos vientos durante alrededor de un año, aunque no estuviera en un estado particularmente activo, sugiere que los agujeros negros pueden remodelar sus galaxias anfitrionas mucho más de lo que se pensaba anteriormente”, añade el coautor Elias Kammoun, astrónomo de Roma Tre. Universidad, Italia.

Anillos de brillantes estrellas azules rodean el brillante y activo núcleo de esta galaxia espiral. Llamado Markarian 817, se encuentra a 430 millones de años luz de distancia, en la constelación norteña de Draco. Lejos del centro, la galaxia muestra intensas regiones de formación estelar y bandas oscuras de polvo interestelar a lo largo de sus brazos espirales. El monstruoso agujero negro en el centro de esta galaxia es cuarenta millones de veces más masivo que el Sol. Está rodeado por un enorme disco de materia que rodea al agujero negro supermasivo, que lanza material al espacio a millones de kilómetros por hora. Esto se ve en la brillante luz blanca que brilla desde el centro galáctico. Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA fue tomada con la Cámara de Campo Amplio 3 el 2 de agosto de 2009. Se publicó originalmente en esahubble.org el 9 de septiembre de 2009. [Descripción de la imagen: Imagen de una galaxia espiral vista de frente. El centro galáctico está iluminado de color blanco, alrededor del cual se encuentra un anillo de estrellas violetas y en el exterior varios brazos espirales de color azul. El fondo es negro y se ven varias otras galaxias.] NASA, ESA y el equipo Hubble SM4 ERO

Rayos X bloqueados por el viento.

Los centros galácticos activos emiten luz de alta energía, incluidos rayos X. Markarian 817 llamó la atención de los investigadores porque estaba terriblemente silencioso. Mientras observaba la galaxia utilizando el observatorio Swift de la NASA, Miranda relata: “¡La señal de rayos X era tan débil que estaba convencido de que estaba haciendo algo mal!”

Las observaciones posteriores realizadas con el telescopio de rayos X más sensible de la ESA, XMM-Newton, revelaron lo que realmente estaba sucediendo: los vientos ultrarrápidos provenientes del disco de acreción actuaban como una mortaja, bloqueando los rayos X enviados desde el entorno inmediato del agujero negro (llamado corona). Estas mediciones fueron respaldadas por observaciones realizadas con el telescopio NuSTAR de la NASA .

Un análisis detallado de las mediciones de rayos X mostró que, lejos de enviar una única "bocanada" de gas, el centro de Markarian 817 produjo una tormenta racheada sobre una amplia zona del disco de acreción. El viento duró varios cientos de días y constaba de al menos tres componentes distintos, cada uno de los cuales se movía a varios por ciento de la velocidad de la luz.

Esto resuelve un enigma abierto en nuestra comprensión de cómo los agujeros negros y las galaxias que los rodean se influyen entre sí. Hay muchas galaxias –incluida la Vía Láctea– que parecen tener grandes regiones alrededor de sus centros en las que se forman muy pocas estrellas nuevas. Esto podría explicarse por los vientos de los agujeros negros que eliminan el gas de formación de estrellas, pero esto sólo funciona si los vientos son lo suficientemente rápidos, sostenidos durante el tiempo suficiente y son generados por agujeros negros con niveles típicos de actividad.

“Muchos de los problemas pendientes en el estudio de los agujeros negros son cuestión de lograr detecciones a través de largas observaciones que se extienden a lo largo de muchas horas para captar eventos importantes. Esto pone de relieve la importancia primordial de la misión XMM-Newton para el futuro. Ninguna otra misión puede ofrecer la combinación de su alta sensibilidad y su capacidad para realizar observaciones prolongadas e ininterrumpidas”, afirma Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA.

Esta impresión artística muestra vientos ultrarrápidos que soplan desde el centro de la galaxia Markarian 817. Estos vientos, que se mueven a muchos millones de kilómetros por hora, limpian el gas interestelar de una vasta región del espacio. Sin este gas, la galaxia no puede formar nuevas estrellas y al agujero negro en el centro galáctico le queda poco para comer. El recuadro muestra lo que está sucediendo en el corazón de la galaxia. Un agujero negro supermasivo aspira gas de su entorno, lo que forma un “disco de acreción” caliente y brillantemente iluminado (naranja). La causa de los vientos (blanco) son los campos magnéticos dentro del disco, que lanzan partículas en todas direcciones a velocidades increíblemente altas. Estos vientos bloquean efectivamente los rayos X (azul) que son enviados por el plasma extremadamente caliente que rodea el agujero negro, llamado corona. Los investigadores captaron a Markarian 817 generando vientos ultrarrápidos utilizando el telescopio de rayos X XMM-Newton de la ESA. Los vientos, que durarán alrededor de un año, habrán afectado significativamente la formación de estrellas en la galaxia. El hecho de que el agujero negro en el centro de la galaxia mostrara niveles de actividad bastante promedio antes de producir los vientos sugiere que los vientos ultrarrápidos de los agujeros negros son mucho más comunes de lo que se pensaba anteriormente. En otras palabras, los agujeros negros y sus galaxias anfitrionas afectan fuertemente la evolución de cada uno. [Descripción de la imagen: Vista lateral de una galaxia con brazos espirales de estrellas azules brillantes separadas por bandas oscuras de polvo interestelar. El centro activo de la galaxia está lanzando un fuerte viento de gas en todas direcciones, que se muestra como rayas de color blanco amarillento. Un recuadro se acerca al centro y muestra que el viento proviene de un disco de gas giratorio, iluminado en naranja y amarillo, que rodea un agujero negro supermasivo.] ESA (agradecimiento: trabajo realizado por ATG bajo contrato con la ESA), CC BY-SA 3.0 IGO

Notas para los editores

'Comentarios feroces en un estado oscuro y sub-Eddington del Seyfert 1.2 Markarian 817' por MK Zak et al. se publica en Astrophysical Journal Letters.

El estudio utiliza principalmente datos recopilados por la cámara europea de imágenes de fotones (EPIC) de XMM-Newton. Estos datos están respaldados por los de otros instrumentos de XMM-Newton, así como por las mediciones de las misiones Swift y NuSTAR de la NASA .

Publicado en ESA el 1 de febrero del 2024, enlace publicación.