Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto pruebas contundentes que indican que el material que rodea los agujeros negros supermasivos no ha permanecido igual a lo largo de la historia del universo. Los hallazgos indican que la estructura y el comportamiento de esta materia pueden cambiar a lo largo de miles de millones de años.
Dirigido por investigadores del Observatorio Nacional de Atenas, se publicó el estudio. Boletín mensual de la Real Sociedad Astronómica. Si se confirman, los hallazgos desafiarían una suposición fundamental en astronomía que ha guiado la investigación durante casi 50 años.
¿Qué hace que los quásares sean tan brillantes?
Los cuásares, identificados por primera vez en la década de 1960, se encuentran entre los objetos más luminosos conocidos. Brillan tan intensamente porque están impulsados por agujeros negros supermasivos que arrastran la materia circundante. A medida que este material gira en espiral hacia adentro bajo una inmensa gravedad, forma una estructura giratoria en forma de disco antes de colapsar en un agujero negro.
La fricción entre estos discos calienta la materia a temperaturas extremas. Como resultado, puede emitir entre 100 y 1.000 veces más luz que toda una galaxia compuesta por unos 100 mil millones de estrellas. Este brillo abrumador permite que los quásares eclipsen a sus galaxias anfitrionas y las hagan visibles para telescopios a través de vastas distancias cósmicas.
De la luz ultravioleta a los potentes rayos X
El disco luminoso alrededor de un agujero negro produce grandes cantidades de luz ultravioleta. Los científicos creen que esta luz juega un papel importante en la producción de los rayos X más potentes emitidos por los quásares. A medida que los rayos ultravioleta viajan hacia el exterior, atraviesan una nube de partículas de alta energía situada muy cerca del agujero negro, región conocida como “corona”.
Cuando la luz ultravioleta interactúa con estas partículas, gana energía y se convierte en intensa radiación de rayos X. Estos rayos X podrán luego ser detectados por observatorios espaciales.
Una relación cósmica de larga data en duda
Debido a que ambos tipos de luz se producen cerca del mismo agujero negro, los astrónomos saben desde hace mucho tiempo que las emisiones ultravioleta y de rayos X de los quásares están estrechamente relacionadas. Normalmente, la luz ultravioleta brillante va de la mano con una fuerte emisión de rayos X. Esta relación, detectada hace casi cinco décadas, ha proporcionado pistas críticas sobre las condiciones físicas alrededor de los agujeros negros supermasivos.
La nueva investigación desafía la idea de que esta conexión es universal. Esta hipótesis sugiere que la composición de la materia alrededor de los agujeros negros es esencialmente la misma en todas partes del universo y siempre.
En cambio, los investigadores descubrieron que cuando el universo era más joven (aproximadamente la mitad de su edad actual), la relación entre la luz ultravioleta y la de rayos X era marcadamente diferente de lo que los astrónomos ven hoy en los quásares cercanos. Esto indica cambios en la forma en que interactúan el disco de acreción y la corona durante aproximadamente los últimos 6.500 millones de años.
“Confirmar una relación no universal entre los rayos X y el ultravioleta con el tiempo cósmico es bastante sorprendente y desafía nuestra comprensión de cómo crecen e irradian los agujeros negros supermasivos”, dijo el Dr. Antonis Georgakakis, uno de los autores del estudio.
“Probamos los resultados utilizando diferentes enfoques, pero esto parece ser consistente”.
Los investigadores descubrieron cómo
Para llegar a sus conclusiones, el equipo combinó nuevas observaciones de rayos X del telescopio de rayos X Erosita con datos de archivo del Observatorio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea. En conjunto, estos conjuntos de datos permitieron a los científicos analizar la emisión de rayos X y ultravioleta de una muestra excepcionalmente grande de quásares.
La cobertura del cielo extensa y consistente proporcionada por Erosita resultó particularmente importante. Esto permitió al equipo examinar la población de cuásares a una escala que antes no era posible.
Por qué los hallazgos son importantes para la cosmología
La idea de que las correlaciones ultravioleta y de rayos X son universales en los quásares subyace a algunos métodos que utilizan quásares (velas estándar) para mapear la forma del universo y estudiar la materia y la energía oscuras. Los nuevos resultados sugieren que los científicos deben tener cuidado, ya que es posible que un entorno de agujero negro sin cambios durante el tiempo cósmico no se mantenga.
“El avance clave aquí es metodológico”, afirmó María Chira, investigadora postdoctoral en el Observatorio Nacional de Atenas, quien dirigió el estudio.
“El estudio de Erosita es enorme pero relativamente superficial: se han detectado muchos quásares con sólo unos pocos fotones de rayos X. Combinando estos datos en un marco estadístico bayesiano sólido, podemos descubrir tendencias sutiles que de otro modo quedarían ocultas”.
¿Qué viene después?
Los próximos escaneos de todo el cielo de Erosita permitirán a los astrónomos observar quásares aún más débiles y distantes. Al combinar estas observaciones futuras con rayos X de próxima generación y estudios de múltiples longitudes de onda, los investigadores esperan determinar si los cambios observados reflejan una evolución física real o están influenciados por la forma en que se recopilaron los datos.
Estos esfuerzos prometen conocimientos más profundos sobre cómo los agujeros negros supermasivos alimentan los objetos más brillantes del universo y cómo su comportamiento ha cambiado a lo largo del tiempo cósmico.
